船体结构角焊缝的应力分析与试验.pdf

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1、·46·造船技术2014年第6期(总第322期)船体结构角焊缝的应力分析与试验牛思彬(1．浙江工业大学建筑工程学院，1，吴剑国1，沈传钊2，朱荣成2浙江杭州3l0032；2．中国船级社上海规范研究所，上海200135)提要采用焊缝强度计算理论、有限元数值分析及组合钢构件压弯试验，研究船体结构角焊缝的受力性能。对比理论分析、数值计算、模型试验的结果表明，角焊缝剪应力的理论计算方法正确，试验实测焊缝剪应力的大小及分布与理论焊缝剪应力较一致，焊缝剪应力的测定方法可靠，为焊接系数的验证研究工作打下了基础。关键词船体结构焊缝剪

2、应力试验有限元中图分类号U671文献标识码AAnalysisandTestonStressofFilletWeldinHullStructureNIUSi-binl，WUJian—gu01，SHENGChuan—zha02，ZHURong—chen92(1．CollegeofArchitectural＆CivilEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，HangzhouZhejiang3l0032，China；2．ShanghaiRules＆ResearchInstitut

3、e，CCS，Shanghai200135，China)Abstr敝tAccordingtoweldstrengthcalculationtheory，FEAnumericalanalysisandbendingtestofcombinedsteelcomponents，themechanicalperformanceoffilletweldinhullstructureisstudied．Thecontrastingresultsoftheoryanalysis，numericalcalculationandmode

4、ltestindicatesthecorrectnessoftheoreticalcalculationmethodoffilletweldshearstress，theconsistencyofthetestmeasuredvalueandthetheorycalculationvalue，therelia—bilityofthisdeterminationmethod，andthereferencevalueinfuturestudyofweldingfactorsve“fication．KeywordsHull

5、structureWeldshearstressTestFEA引言现代造船技术中焊接是船体建造的一项关键工艺，焊接工时约占总工时的30％～40％，其中角焊缝占焊缝总长的80％～90％。焊缝设计的研究对保证船体结构的承载能力、减小结构的焊接变形、简化船体的装配工艺、缩短制造周期及降低生产消耗，具有极为重要的意义[1]。由于船体结构的复杂与承受荷载的多样性，船体结构角焊缝应力分布的精确计算相当复杂，常用作者简介：牛思彬(1988一)，男，研究生。的一些计算方法都是在很多假设的前提条件下进行的‘2

6、。焊接系数是为方便设计者

7、进行焊缝设计而提出，其中不仅融合了大量的结构受力分析，而且包含着试验以及数据统计的经验，经过多年的演变至今，成为了如今的焊接系数规格表。然而，可惜的是焊接系数规格表系统完整的数据来源已不可循。如何验证现行规范中有关焊接系数的规定对于船体结构是否安全已成为一个亟待解决的问题。吴华峰等[3]采用钢结构焊接强度计算的方法，给出船底结构角焊缝应力的计算模型和船舶结构角焊缝焊接系数的计算公式，并对CCS规范做了实船牛思彬，等：船体结构角焊缝的应力分析与试验’47’验证。ISSC一296为了分析角焊缝的强度，推荐采用有限元方法大

8、量地分析角焊缝，确定焊缝的最小尺寸，并建议采用光弹或类似的实验检验数学建模，计算结果的有效性‘4

9、。ISSC一323使用简单的工程设计方法，通过测试验证ABS角焊缝尺寸，并把它们改成更加实用的形式，较其他规则更便于设计者使用‘s1。本文从焊接强度计算理论、有限元数值分析和试验实测方面研究角焊缝的受力性能。2焊接强度计算理论分析[6]直角角焊缝的破坏常发生在喉部，通常沿与直角边成45。方向的最小截面，即计算高度与焊缝计算长度的乘积作为有效截面。有效截面上的纵向水平剪力为r，，如图1所示。圈1直角角焊缝的有效鬣面承受横向

10、力的板梁中，翼缘板和腹板的连接通过双面角焊缝实现，在梁弯曲时要保证翼缘板与腹板问不产生相对滑移，即承担翼缘板与腹板共同工作时产生的纵向水平剪力，称该有效截面上的纵向水平剪力为理论焊喉平均剪应力。图2(a)所示为一焊接工字型截面翼缘板与腹板的角焊缝连接，取长度为如的梁段作为隔离体，如图2(b)所示。根据焊缝受力情况(见图2(c))，可建立如下平衡