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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1、上海交通大学硕士学位论文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硕士研究生：沈济超学号：1120109129导师：陈震副教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterWELDINGSIMULATIONOFLARGE-SCALEHULLSTRUCUTREUSINGTHERMALELASTIC-PLASTICFEMETHODC

2、andidate：ShenJichaoStudentID:1120109129Supervisor：Prof.ChenZhenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringDesignandConstructionofNavalSpeciality：ArchitectureandOceanStructureSchoolofNavalArchitecture,Ocean&Affiliation：CivilEngineeringDateofDefence：January2015Degree-Conferri

3、ng-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文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摘要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

4、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

5、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。关键词：热弹塑性有限元方法，shell/solid模型，分段移动热源，大型船体结构，焊接变形与残余应力I上海交通大学硕士学位论文WELDINGSIMULATIONOFLARGE-SCALEHULLSTRUCUTREUSINGTHERMALELASTIC-PLASTICFEMETHODABSTRACTThermalelastic-plasticFEmethod(shortforTEP)iswidelyusedintheweldingsimula

6、tionofweldingjointorsmallstructuresowingtoitshighaccuracyandgoodadaptation.However,itishardtorealizetheweldingsimulationoflargescalestructuresusingthemethodforitshighcomputationalcosts.ThisthesisbringsforwardtheshellelementsmodelandsegmentedmovingheatsourceusedinTEPmethodfor

7、thepurposeofenhancingcomputationefficiencyoftheapproach.Also,weldingsimulationofalargescalestiffenedstructureofhullisrealizedbytheimprovedTEPmethodandtheaccuracyisverifiedthroughcomparingthecalculationresultsandpracticalmeasuredvaluesofthestructure.Themainworkinthethesiscanb

8、esummarizedasfollow:(1)BymeansofshellelementswithsectionintegrationinABAQUS