摘要：在進(jìn)行船舶的生產(chǎn)制造時，焊接作為主體結(jié)構(gòu)連接手段，必須具備高強度結(jié)構(gòu)、造價相對較低、高安全性、結(jié)構(gòu)靈活等特點。因此最重要的便是焊接工藝。焊接的施工質(zhì)量直接關(guān)系到船舶的使用壽命以及自身強度，在進(jìn)行焊接時，因為會產(chǎn)生大量的高溫，因此會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可能發(fā)生彈性或是塑性變形等情況。為了標(biāo)準(zhǔn)化研究船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形，加強焊接質(zhì)量，本文通過針對有限元分析技術(shù)的船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)進(jìn)行研究，并根據(jù)Ansys軟件進(jìn)行構(gòu)建模型。

關(guān)鍵詞：焊接;有限元分析;變形力學(xué)分析

中圖分類號：U674.7;U671.8?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）10-0072-02

以往的在制造鋼結(jié)構(gòu)時，通常都是采取鉚接工藝以及焊接工藝。其中，鉚接工藝主要運用于對于母材打孔，并利用螺栓和螺母加以鞏固，這種工藝也使的結(jié)構(gòu)整體強度受到了嚴(yán)重破壞，降低了結(jié)構(gòu)整體的裝配精度。而焊機工藝卻很好的完善了鉚接工藝需要在母材上打孔的缺點，并且焊接工藝的接頭強度也相對良好，甚者可以與母材自身的強度相比。因此，對于部分水密性或是氣密性較高的結(jié)構(gòu)，通常都是通過焊接工藝進(jìn)行制造。此外，焊接工藝對于結(jié)構(gòu)自身形狀并不會受到過多的影響，不需要特定的模具且性價比更高。在進(jìn)行船舶的生產(chǎn)和制造時，需要大量的鋼材例如：甲板、船艙等，優(yōu)良的焊接工藝會直接關(guān)系到船舶最后的質(zhì)量以及船舶的使用年限。但由于焊接過程中會造成的大量高溫，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件發(fā)生塑性變形和彈性變形，不僅會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的尺寸發(fā)生誤差，還會對鋼材自身的剛度帶來影響。

1?焊接有限元分析理念的研究

有限元分析理念是將繁瑣的大比例有限元計算系統(tǒng)，分解成多個有限個數(shù)的子單元，并構(gòu)建每個子單元之間的物理傳遞聯(lián)系，然后通過計算每個子單元得出結(jié)果，進(jìn)而演算出大比例有限元計算系統(tǒng)的結(jié)果。由于焊接過程中存在眾多的應(yīng)力、應(yīng)變以及材料變化等物理問題[1]。只運用傳統(tǒng)的計算方式很難達(dá)到預(yù)期效果。為此，運用有限元分析可以更為準(zhǔn)確的計算出焊接過程中可能會出現(xiàn)的物理變化。由于焊接過程中會產(chǎn)生強烈的溫度差，所以材料的物理性能也會隨時發(fā)生變化。本文在采用有限元技術(shù)的繁瑣結(jié)構(gòu)焊接變形進(jìn)行分析過程中，將焊接過程設(shè)為一個具有非線性特征的傳熱過程，建立熱傳導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型如下：

公式中：Po我們設(shè)為材料密度;Co設(shè)為母材的比熱容;σ設(shè)為材料的導(dǎo)熱系數(shù);Ko設(shè)為焊接材料導(dǎo)熱的補償系數(shù)。

通過確定焊接過程的上下限標(biāo)準(zhǔn)，我們可以通過構(gòu)建焊接過程的模型，以此來做到最大程度的準(zhǔn)確分析。由于焊接過程十分繁瑣，本文在構(gòu)件焊接過程的數(shù)學(xué)模型時，主要進(jìn)行了以下幾點操作：

①為了保證焊接過程熱力學(xué)分析的準(zhǔn)確程度，本文在構(gòu)件焊接結(jié)構(gòu)的有限元模型過程中，運用的是三維有限元單元solid185，solid186，此單元可以更為有效的傳遞溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等，具有比較真實的模型準(zhǔn)確度。

②因為焊接過程具備了明顯的非線性特征，所以本文在構(gòu)件焊接的熱源模型時運用的是瞬態(tài)模型，并且材料的力學(xué)性能會隨著溫度的變化而變化，這就確保了模擬分析具備了焊接過程的實際情況。

③焊接過程中錯產(chǎn)生的高溫主要影響應(yīng)力集中的部分區(qū)域，并且該位置的材料金相組織會隨著應(yīng)力的變化而變化[2]。

2?基于有限元分析技術(shù)的船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學(xué)分析

2.1焊接熱源模型的設(shè)計。一般情況下，船舶的外科、甲板等相對簡單的結(jié)構(gòu)通常運用的都是埋弧焊接方式，而相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)通常都是運用電弧焊接方式，本文進(jìn)行研究的便是電弧焊接方式。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的電弧焊接時，焊接的熱源主要作用于結(jié)構(gòu)外層，并利用熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳導(dǎo)給鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種熱源就是所謂的平面分布熱源，通常情況下，平面分布熱源主要分為高斯平面熱源、橢圓平面熱源等。

2.2船體結(jié)構(gòu)件焊接過程的有限元建模及仿真。本文在針對大型復(fù)雜船舶結(jié)構(gòu)焊接變形的力學(xué)進(jìn)行研究時，選取的參考目標(biāo)為鋼結(jié)構(gòu)的T型焊接接頭，對焊縫位置進(jìn)行區(qū)域性網(wǎng)格優(yōu)化處理[3]。

3?結(jié)語

綜上所述，對于船舶結(jié)構(gòu)而言，其焊接質(zhì)量具備了非常大作用，研究本文的主要目的就是通過有限元分析與計算系統(tǒng)增加船舶復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量，從而進(jìn)一步加強船舶的制造質(zhì)量。本文通過構(gòu)建焊接過程的熱源模型，鑒于有限元分析軟件仿真分析Ansys進(jìn)行船舶大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形力學(xué)分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘廣善，工自力，李良碧，等.高強鋼焊接結(jié)構(gòu)殘余熱應(yīng)力的有限元分析[J].船舶工程，2011， 33（3）.

[2]施麗娟，崔維成.船舶結(jié)構(gòu)強度有限元分析的質(zhì)量控制研究綜述[J].船舶，2002（5）：31-39.

[3]胡廣旭，孟梅，劉冰，等.基于連續(xù)瞬態(tài)計算模型的焊接殘余應(yīng)力對船體結(jié)構(gòu)強度影響研究（英文）【J】船舶力學(xué)，2013}12}：1439-1446

作者簡介：徐海航（1999-）男，漢，浙江杭州，本科在讀，職稱：無，研究方向：焊接工藝。