大型船体结构焊接变形热弹塑性有限元数值模拟方法研究

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热弹塑性有限元方法作为一种精度高、结构适应性强的焊接数值模拟方法,被广泛应用于焊接接头和小型结构的焊接问题研究。但是该方法计算耗时长、运算规模大,难以应用于大型复杂结构的焊接模拟。本文针对焊接模拟热弹塑性有限元方法,提出了改进方法以提高计算效率,并实现了大型船体加筋板结构的焊接过程模拟,本文所做工作主要包括:(1)针对船体焊接中常见的T型接头形式,基于ABAQUS软件中具有截面积分特性的shell单元配合solid单元提出了shell/solid模型方法,有效的降低了建模复杂程度和求解自由度。通过对T型接头焊接变形和残余应力计算对比,验证了采用shell/solid模型模拟结构焊接过程的计算精度。(2)提出了焊接模拟瞬时移动热源的简化等效方法,将瞬时移动热源简化为分段移动热源:将焊缝划分为若干段,忽略各段内的热源移动效应,沿焊缝方向依次施加各段的段状热流密度。通过T型接头算例计算对比表明,通过合理划分分段数目,分段移动热源可以在保证相近的计算精度下,有效的降低计算耗时。(3)将shell/solid模型和分段移动热源应用于大型船体加筋板结构的焊接过程模拟,计算了焊接变形和残余应力,通过与实测值比较,验证了该方法的可行性和可靠性。
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