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船舶分段制造过程中的应力与变形问题研究

作　者: 龚幼
导　师: 叶家玮
学　校: 华南理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计与制造
关键词: 船舶变形舱口盖分段制造管道对接多道焊焊接残余应力
分类号: U671
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

提高船舶质量,降低生产成本,缩短施工时间,是船舶行业经济发展到一定阶段的必然结果和要求。改进造船工艺水平是提高船舶质量,降低生产成本的主要手段。船舶建造过程应力和变形控制研究是改进造船工艺水平的基础,深入研究船舶制造中的应力和变形问题,从力学角度分析造船工艺的科学性和合理性,发现问题,找出改进措施,进而为施工工艺改进提供理论基础和技术支持。船体变形是船舶建造过程的一种常见现象,船体发生变形以后,虽然通过矫正能满足板架平整度公差的要求,但是它会产生很多不良后果。在船舶建造过程中,焊接结构件大量应用于制造的各个工序,从零部件的装焊到分段的装配,甚至总段的合拢。基于上述情况,本论文主要对如下三个方面进行研究：1舱口盖建造过程中的变形过程。通过舱口盖分段制造的实例计算,得出了在实现测量时,船体的应力应变图,并通过公式计算得出各分段变形后的尺寸,并与允许偏差进行比较,得出了各分段变形大部分都超出了允许偏差的结论。2管道对焊多道焊的数值模拟。详细介绍了利用MSC.MARC有限元软件模拟计算管道对接多道焊应力场数值模拟的过程,包括MARC相关的功能特点,单元类型的介绍,MSC.MARC热传导和热应力分析的有限元法及其流程,模型建立时的网格划分,模型假设和移动热源的选取,材料性能参数的确定,焊接路径和填充材料的实现等,并对结果进行详细的分析,得出了论文所讨论的数值模拟方法是比较可行的。3焊接残余应力的消除研究。讨论了在船舶建造过程中的消除残余应力方法,实现了温差拉伸法的数值模拟,通过计算发现,该方法比较适用于消除残余应力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 船舶分段制造中影响船体变形的因素  11-12
  1.3 焊接残余应力数值模拟的发展概况  12-15
  1.4 本文研究的基本内容  15-16
第二章热传导过程有限元分析的基本理论  16-29
  2.1 有限单元分析方法简介  16-18
  2.2 焊接热过程有限元分析的特点  18-21
    2.2.1 有关焊接有限元模型的简化  19-21
  2.3 有关热传导问题的基本方程  21-24
    2.3.1 焊接传热的基本形式  21
    2.3.2 有限元基本方程  21-22
    2.3.3 非线性瞬态热传导的有限元分析  22-24
  2.4 焊接残余应力和变形的分析理论  24-26
    2.4.1 屈服准则  24-25
    2.4.2 流动准则  25-26
    2.4.3 强化准则  26
  2.5 焊接热弹性—塑性分析理论  26-28
    2.5.1 热弹性—塑性分析的特点  26-27
    2.5.2 应力与应变的关系  27
    2.5.3 平衡方程  27
    2.5.4 求解平衡方程  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章舱口盖建造过程中的应变过程  29-37
  3.1 舱口盖概述  29
  3.2 模型范围  29-32
    3.2.1 舱口盖有限元模型单元  30
    3.2.2 材料属性  30
    3.2.3 约束条件  30-32
  3.3 计算结果  32-36
    3.3.1 应变云图  32-33
    3.3.2 结果分析  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章管道对接多道焊数值模拟  37-58
  4.1 关于有限元软件MSC.marc的功能介绍  37-42
    4.1.1 MSC.marc的主菜单  38
    4.1.2 MSC.marc的单元类型  38-40
    4.1.3 MSC.marc的热传导和热应力分析  40-42
  4.2 建立焊接模型的过程中所需要解决的几个问题  42-45
    4.2.1 材料热物理性能参数的确定  42
    4.2.2 计算热源模型的选取  42-44
    4.2.3 "生死单元技术"  44-45
  4.3 焊接模拟前处理  45-52
    4.3.1 网格划分  45-46
    4.3.2 定义材料属性  46-47
    4.3.3 设置焊接路径和填充材料  47-48
    4.3.4 热载荷的数值计算和设定载荷步选项  48-51
    4.3.5 定义工况和定义作业参数  51-52
  4.4 后处理结果分析  52-57
    4.4.1 焊接温度场分析  52-55
    4.4.2 焊接残余应力  55-57
    4.4.3 焊后变形分析  57
  4.5 本章小结  57-58
第五章焊接残余应力的消除研究  58-65
  5.1 消除焊接残余应力的方法  58-60
    5.1.1 焊后热处理  58
    5.1.2 过载处理  58
    5.1.3 振动法调整残余应力处理  58-59
    5.1.4 锤击处理  59
    5.1.5 爆炸消除应力处理  59
    5.1.6 温差法消除残余应力  59-60
  5.2 温差拉伸法消除焊接残余应力的数值模拟  60-64
    5.2.1 研究对象  60
    5.2.2 温差拉伸法操作方法  60
    5.2.3 温差拉伸法数值模拟的实现  60-64
  5.3 本章小结  64-65
结论与展望  65-66
  主要结论  65
  研究展望  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间取得的研究成果  69-70
致谢  70-71
附录  71

船舶分段制造过程中的应力与变形问题研究

内容摘要

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