板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用-焊接杂志社.pdfVIP

第猿远卷 第怨 期 焊摇 接摇 学摇 报 灾燥造援猿远摇 晕燥援怨 圆园员缘 年 怨 月 栽砸粤晕杂粤悦栽陨韵晕杂韵云栽匀耘悦匀陨晕粤宰耘蕴阅陨晕郧陨晕杂栽陨栽哉栽陨韵晕 杂藻责贼藻皂遭藻则摇 圆园员缘 板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用 田摇 鹏袁摇 陈摇 震 渊上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院袁上海摇 圆园园圆源园冤 摘摇 要院基于有限元软件粤遭葬择怎泽袁采用板壳单元对薄板对接焊进行热弹塑性数值模拟援 建立具有截面积分特性的 板壳单元二维有限元模型袁采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源袁考虑材料随温度的变化特性袁对薄 板的接温度场与变形场进行了计算袁并与相当网格尺寸的三维实体单元计算结果进行了对比援 结果表明袁板壳单元 与实体单元计算所得温度场与变形结果比较一致曰采用非均匀板厚模拟加强高的板壳单元能够进一步改进焊接变 形预测结果曰在保证计算精度的条件下袁板壳单元比实体单元具有更高的计算效率袁计算结果为改进大型结构焊接 变形预测方法提供了参考意义援 关键词院板壳单元曰 热弹塑性有限元曰 焊接变形曰 数值模拟 中图分类号院栽郧源园源摇 摇 文献标识码院粤摇 摇 文章编号院园圆缘猿原猿远园载渊圆园员缘冤园怨原园园怨怨原园源 园摇 序摇 摇 言 元厚度方向设置截面积分点咱苑暂 袁用以求解温度和应 力场在单元厚度方向的分布援 壳单元截面积分点的 焊接作为一种连接结构的加工方法广泛地应用 分布如图员所示援 于船舶制造工业中援 焊缝区域的局部高温加热和冷 却造成焊件受热不均袁在结构中产生焊接残余应力 与变形援 一方面给下一阶段的焊接与装配带来困 难袁影响建造进度和经济效益袁另一方面降低了结构 的承载能力袁造成结构安全隐患援 因此袁有效的预测 和控制结构焊接变形具有重要的现实意义援 热弹塑性有限元方法能够考虑焊接过程的各种 图员摇 壳单元截面点分布 因素袁适合于模拟焊接热传导与变形的动态过程援 云蚤早郾员摇 阅蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶燥枣泽藻糟贼蚤燥灶责燥蚤灶贼泽蚤灶泽澡藻造造 然而袁实际工程中由于焊接结的复杂性袁采用实体单 元建立模型比较繁琐袁而且计算规模庞大袁由于计算 热分析壳单元的温度场在节点所在的参考平面 机硬件条件的限制袁采用实体单元进行大型结构三 内和沿厚度方向分别进行插值袁壳单元节点处的温 维热弹塑性有限元方法进行分析难以实现咱员原远暂援 度储存在相应位置的截面积分点上援 通过设置单元 采用粤遭葬择怎泽非线性有限元软件袁探讨了壳单元 厚度方向的截面积分点袁热传导壳单元在每个节点 应用于顺序耦合热弹塑性有限元计算的问题袁并与 的厚度方向具有多个温度自由度袁通过参考平面和 实体单元计算结果和试验进行了比较袁结果吻合较 厚度方向的插值函数袁壳单元能够刻画任意位置三 好袁为将该方法应用于大型结构焊接变形奠定基础援 维温度场的分布援 假设渊准 袁准 冤为壳单元参考平面内任意一点材 员 圆 员摇 三维壳单元 料的坐标袁泽猿 为表征该点在壳单元厚度方向上的位 置坐标袁则有原澡辕圆原扎 臆泽 臆澡辕圆原扎袁其中澡 为壳的 园 猿 在粤遭葬择怎泽 中采用具有截面积分特性的壳单元 厚度袁扎园 为参考平面到中面的距离援 壳单元中任意 分别计算热传导和热应力结果袁壳单元在参考面内 一点的位置可以表示为 对结构进行离散袁通过定