焊接结构变形分析系统——Weld_Sta介绍
ABAQUS焊接领域解决方案
Q焊接领域解决方案ABAQUS1国内外焊接变形预测方法固有应变焊接预测法23基于热弹塑性理论的焊接预测法Ab4Abaqus针对焊接行业的解决方案自始至终安心托付1国内外焊接变形预测方法固有应变焊接预测法23基于热弹塑性理论的焊接预测法Ab4Abaqus针对焊接行业的解决方案自始至终安心托付焊接变形预测的重要性焊接是船舶制造最主要的加工手段，焊接水平的高低在很大程度上决定了船体的质量和生产效率，而焊接变形又是焊接过程中最中最难控制的一环。
焊接变形的影响：焊接结构形状变异，尺寸精度下降；承载能力降低；船体在工作载荷作用下引起的附加弯矩和应力集中作用下导致结果失效；船舶结构疲劳降低。
船舶结构疲劳降低因此，对焊接变形的预测及控制已成为船舶生产中迫切需要解决的重要课题。
自始至终安心托付国内外焊接变形的预测方法1.经验（试验）法经验（实验）法是通过试验建立经验公式和数据曲线，用经验公式和数据曲线来估计焊缝的收缩量和角变形量和数据曲线来估计焊缝的收缩量和角变形量。
局限性：z一定条件下的试验或生产实际中得到的，一般被限制在特定的变形模式上变形模式上；z实验受到时间和成本的限制。
真实结构的复杂焊接变形是由多个基本变形组合而成的。
每个基本变形不可能通过有限的实验结果来区分。
自始至终安心托付22.解析法解析法（弹性理论方法）是基于经典弹性理论，忽略热弹塑性的方法。
局限性：由于该方法是建立在平截面假定和其它一些假定的基础上局限性：由于该方法是建立在平截面假定和其它些假定的基础上的，故只能适用于一些焊接是通过熔化金属进行连接的工艺过程。
自始至终安心托付3.数值模拟法焊接数值模拟法又叫焊接计算机仿真，实际上就是热传导有限元解析法和非线性有限元应力解析的组合，已成为线性问题及塑性破坏等非线性问题解析非线性有限元应力解析的组合已成为线性问题及塑性破坏等非线性问题解析不可或缺的手段。
焊接数值模拟是以试验为基础，采用一组控制方程来描述一个焊接过程或个焊接过程的某方面，采用分析或数值方法求解以获得该过程的定量认识。
焊接结构变形分析系统_Weld_Sta_的开发及其应用
SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.36 No.2 2014 总第36卷，2014年第2期焊接结构变形分析系统（Weld_Sta）的开发及其应用王 阳，罗 宇，石 础（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）摘 要：为使现场工程人员方便进行焊接结构变形分析，开发了一个能简单地对焊接变形有限元分析所需的数据进行前处理，对焊接变形进行计算机分析并对仿真结果进行后期处理的软件-焊接结构变形分析系统。
该软件操作简便，具有自动寻找焊缝，通过固有变形数据库自动导入焊接参数，自动施加约束条件，计算模块兼容性强等多项实用功能，从而满足现场工程技术人员要求。
并以某大型船体分段焊接变形预测为例，验证了本软件系统的实用性和可靠性。
关键词：焊接变形；有限元分析；Weld_Sta；惯性释放；固有变形数据库中图分类号：U671.83; TG404 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 02-0085-03 Development and Application of Welding StructureAnalysis System (Weld_Sta)W ANG Yang, LUO Y u, SHI Chu(School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: In order to help onsite engineers to use FEM for welding conveniently, it is extremely important to develop a kind of FEM pre- and post-processing software for simple analyzing of welding. Welding Structure Analysis System (Weld-Sta) is introduced in this paper. This software can reach the requirement of onsite engineers with its various functions including automatic finding weld lines; conveniently obtain welding parameters by inherent deformation database, automatic constraining the finite model and good compatibility of computational module. The applicability and reliability of this software is further proved by the prediction of welding deformation of large complicated structure based on inherent strain methods.Key words:welding deformation; finite element analysis; W eld_Sta; inertia relief; inherent deformation database随着计算机以及数值仿真技术的迅猛发展，对焊接过程进行数值仿真及预测，从而帮助现场工程师确定合适的焊接工艺已经成为可能[1-3]。
焊接结构的名词解释
焊接结构的名词解释焊接是一种常见的金属加工技术，在各行各业中广泛应用。
它通过将两个或多个金属工件通过加热使其融化，然后使其冷却并结合在一起，从而形成一个强固的连接。
焊接结构涉及许多专业术语和标准，下面将对一些常见的名词进行解释，以帮助读者更好地了解焊接结构和相关工艺。
1. 焊接机器人（Welding Robots）焊接机器人是一种自动化焊接设备，它可以代替人工完成焊接任务。
这些机器人通常具有程序控制和传感器技术，能够快速而准确地执行复杂的焊接工作，提高生产效率和质量。
2. 焊接区域（Weld Zone）焊接区域是指焊缝周围的区域，包括母材、热影响区和焊缝本身。
焊接区域的形态和性质对焊接的强度和质量有着重要影响，需要通过合适的焊接参数和工艺来控制。
3. 熔化极（Consumable Electrode）熔化极是指在焊接过程中被熔化并提供焊接金属的电极。
根据使用的材料不同，熔化极可以分为固态、药芯和裸芯熔化极。
它们各自具有特定的特点和应用范围。
4. 焊接材料（Welding Filler Materials）焊接材料是用于在焊接过程中填充焊缝和提高焊接强度的材料。
常用的焊接材料包括焊条、焊丝和焊剂等。
不同的焊接材料适用于不同类型的焊接金属和工艺要求。
5. 热影响区（Heat-Affected Zone）热影响区是指在焊接过程中，母材因高温受热而发生结构和性能变化的区域。
焊接过程中的高温和冷却速度会对热影响区的组织和性能产生影响，可能导致强度降低和断裂等问题。
6. 焊接变形（Welding Deformation）焊接变形是指焊接过程中工件发生的形状和尺寸变化。
由于焊接过程中产生的热应力和收缩力，工件可能发生扭曲、变形等问题。
为了控制焊接变形，需要采取合适的夹持和预应力等措施。
7. 非破坏检测（Nondestructive Testing, NDT）非破坏检测是一种用于评估焊接结构质量和缺陷的方法，而不破坏焊接件的方法。
焊接英语(综合)
AAW——Air-Acetylene Welding——空气乙炔焊AB——Adhesive Bonding——粘接ABW——Arc Braze Welding——电弧钎焊AC——ARC CUTTING——电弧切割Acetylene 乙炔 Ampere 电流安培Acid-Resistant Water Purifier抗酸化机能水制造装置Acoustic Emission Testing声发射检测Actual Throat焊缝实际厚度Actual Weld-Throat Thick-Ness焊缝厚度AHW——Atomic Hydrogen Welding——原子氢焊Air Tight Test气密性检验Air-Acetylene Welding空气-乙炔焊接Aircomatic Welding自动调弧氩弧焊, 惰性气体保护金属极弧焊All-Around Weld (整周焊缝)环焊缝All-Around Weld整周焊缝All-Welded Construction全焊结构All-Welded全焊接Aluminothermic Welding 铸焊, 铝热剂焊接Analyzer，Particle Size Distribution Laser Diffraction Device回折/散乱式粒度分布测定装置Angle Beam Method斜射法超声波探伤Angle Butt Weld斜对接焊Angle Welding 角焊 Arc 电弧Angle Weld角焊Angular Distortion角变形Appearance Of Weld焊缝成形Aqueous Ultrasonic Cleaning Systems大型超声波清洗机Arc Scratch电弧擦伤Arc Welding Robot弧焊机器人Arc-Seam Weld电弧缝焊Arc-Spot Weld电弧点焊Arc-Welded Pipe弧焊管Arc-Welded Steel Pipe电弧焊接钢管Arc-Weld电弧焊Argon Arc Welding 氩弧焊Argon Shielded Arc Welding 氩护电弧焊Around Openings For Welded Attachments环绕焊接附件孔口Artificial Atmospheric Phenomena Simulator人工气候室As Welded焊态ASP——Arc Spraying——电弧喷涂Aspect Ratio Of Weld焊缝成形系数Aspirators， Pumps， Compressors送液。
基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测
构焊接变形预测专用 软件 Ｗｅ ｌ ｄ — ｓ ｔ ａ 对多用 途船双层 底结构 焊接 变形 进行 了预测 ， 发 现船 长方 向收缩最 大变 形量 为 １ ３ ． ２ ｍ ｍ， 船宽方 向最 大变形量 １ ４ ． ５ ｍｍ ． 通过数值模拟结果 与实验实 测值 的对 比 ， 可 以得到软件计算 的精度超过 ８ ０ ％， 验证 了固 有应 变理论及软件用于焊接变形 预测的可靠性 ， 并在此基础上针对船体总段船 台合拢 的焊接 变形进行 了预测 ， 发现焊接 总
Ｗ ｅ ｌ ｄｉ ｎｇ ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈｕ ｌ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｗ ｅ ｌ ｄ
—
ｓ ｔ ａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ
Ｚ ｈ ｏ ｕ Ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｌ ｕ ｏ Ｙ ｕ ， Ｌ ｉ Ｊ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｑ ｕ ｎ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｎ ａ ｖ ａ ｌ Ａｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ３ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） （ ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｖ ａ ｌ Ａ ／ ＇ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｓ ｒ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ２ ０ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
焊接结构的基本类型及组成元件
焊接结构的基本类型及组成元件焊接结构是指通过焊接工艺将多个零部件或构件连接起来形成的整体结构。
根据焊接方式和构件形状的不同，焊接结构可以分为多种类型。
本文将介绍焊接结构的基本类型及其组成元件。
一、焊接结构的基本类型1. 焊接角接结构：焊接角接结构是指将两个构件以一定的角度焊接在一起的结构形式。
常见的焊接角接结构有直角接、斜角接等。
2. 焊接对接结构：焊接对接结构是指将两个构件的端部或边缘部分直接对接后进行焊接的结构形式。
常见的焊接对接结构有对接接头、对接缝等。
3. 焊接搭接结构：焊接搭接结构是指将两个构件的搭接部分进行焊接的结构形式。
常见的焊接搭接结构有搭接接头、搭接焊缝等。
4. 焊接T型接结构：焊接T型接结构是指将一个构件的横截面与另一个构件的表面形成的T型接口进行焊接的结构形式。
5. 焊接角焊接结构：焊接角焊接结构是指将一个构件的角部与另一个构件的平面或弯曲部分进行焊接的结构形式。
二、焊接结构的组成元件1. 焊缝：焊缝是焊接过程中形成的连接部分，是由焊接材料熔化并与母材相结合形成的。
焊缝的形状和尺寸对焊接结构的强度和密封性有着重要影响。
2. 焊接接头：焊接接头是指构件在焊接过程中相互连接的部分。
常见的焊接接头有对接接头、搭接接头、角接头等。
3. 焊接材料：焊接材料是指用于焊接的填充金属或非金属材料。
常见的焊接材料有焊条、焊丝、焊剂等。
4. 焊接设备：焊接设备是进行焊接工艺的工具和设备。
常见的焊接设备有焊接电源、焊接机械臂、焊接工作台等。
5. 焊接工艺：焊接工艺是指进行焊接操作的一系列方法和步骤。
常见的焊接工艺有手工电弧焊、气体保护焊、激光焊接等。
6. 焊接质量检测：焊接质量检测是对焊接结构进行质量评估和检验的过程。
常见的焊接质量检测方法有可视检测、射线检测、超声波检测等。
7. 焊接热影响区：焊接热影响区是焊接过程中母材发生热变形和组织结构改变的区域。
焊接热影响区对焊接结构的强度和耐腐蚀性有一定影响。
焊接工程中的变形分析与变形补偿方法研究
焊接工程中的变形分析与变形补偿方法研究引言：焊接是工程中常见的连接方法之一，但焊接过程中的变形问题一直是制约焊接质量和工件精度的重要因素。
因此，对焊接变形进行分析和研究，以及研究变形补偿方法，对于提高焊接工程的质量和效率具有重要意义。
一、焊接变形的原因焊接过程中产生的变形主要有以下几个原因：1. 热应力引起的塑性变形：焊接过程中，由于高温引起的热应力使得材料发生塑性变形，从而导致工件产生变形。
2. 温度梯度引起的热变形：焊接过程中，焊缝和周围区域的温度分布不均匀，导致工件产生温度梯度，从而引起热变形。
3. 焊接残余应力引起的塑性变形：焊接完成后，由于焊接残余应力的存在，工件会发生塑性变形。
4. 结构刚度引起的变形：焊接后，由于结构刚度的改变，工件会产生变形。
二、焊接变形的分析方法为了准确分析焊接变形，常用的方法有以下几种：1. 数值模拟方法：利用有限元分析软件，对焊接过程进行数值模拟，通过计算得到焊接过程中的应力和变形分布情况。
2. 实验方法：通过实验手段，测量焊接过程中的应力和变形情况，从而得到准确的数据。
3. 经验公式法：根据焊接过程的经验公式，结合实际情况，估算焊接过程中的应力和变形。
三、焊接变形的补偿方法为了解决焊接变形带来的负面影响，常用的补偿方法有以下几种：1. 预应力补偿法：通过在焊接前施加预应力，使得焊接后的变形趋势与预应力相反，从而达到补偿的效果。
2. 局部加热补偿法：通过在焊接后对工件进行局部加热，使得焊接残余应力得到释放，从而减小变形。
3. 热机械补偿法：通过在焊接过程中施加外力或外热源，以改变焊接过程中的应力分布，从而减小变形。
4. 焊接顺序补偿法：通过合理安排焊接顺序，使得工件在焊接过程中的变形趋势相互抵消，从而达到补偿的效果。
结论：焊接工程中的变形问题是不可忽视的，对于保证焊接质量和工件精度具有重要影响。
通过对焊接变形进行分析和研究，以及采用合适的变形补偿方法，可以有效地减小焊接变形，提高焊接工程的质量和效率。
大型结构焊接变形预估子系统-上海交通大学Weld_Sta研发中心
结构焊接变形前处理
边界条件定义-节点强制位移
设置节点强制位移 按钮
设置强制位移方 向与数值
节点强制位移数据 显示
设置后的节点
节点强制位移：让节点在某个方向强制位移一个指定的数值
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
结构焊接变形前处理
边界条件定义-设置节点弹簧约束
设置节点弹簧约束 按钮
设置节点弹簧约 束方向与数值
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
结构焊接变形前处理
添加线-手动添加线
在模型上选取线的 每个节点
手动添加线功能
在模型上选取线的 每个节点
用户可以自由的在3D区通过选取节点来确定线的路径
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
结构焊接变形前处理
添加线-自动寻线
自动寻线功能
由于零件与零件之间边界一般都是焊缝，所以根据这个属性，软件开发了 自动寻线功能，用于寻找所有零件与零件的之间边界。
设置节点温度按钮
设置节点温度数 值
节点温度显示
设置后的节点
节点温度：对指定的节点赋予一定的温度。
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
结构焊接变形前处理
边界条件定义-设置边界单元
设置边界单元 设置边界单元数 值
设置后的边界单元
边界单元：用来模拟装配、裂纹等多种工况
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
大型结构焊接变形预估子系统——软件操作篇
结构焊接变形前处理
设置焊缝
添加焊缝按钮
选择焊缝
通过焊接数据库 获取焊缝的固有 变形数据，并赋 予对应的焊缝
各焊缝固有变形数 据显示
该步骤将线转换为焊缝，当不清楚该焊缝的固有变形数值时，可用默认的经验 公式计算该焊缝的固有变形。
焊接变形与应力控制
焊接变形和应力控制基本知识介绍一、焊接变形、应力产生的原因与危害焊接接头包括焊缝和热影响区两部分金属。
焊缝金属是由熔池中的液态金属迅速冷却、凝固结晶而成，其中心点温度可达2500C以上。
靠近焊缝的基本金属在电弧的高温作用下，内部组织发生变化，这一区域称为热影响区。
焊缝处的温度很高，而稍稍向外则温度迅速下降，热影响区主要由不完全熔化区、过热区、正火区、不完全正火区、再结晶区和蓝脆区等段组成，热影响区的宽度在8—30 mm范围内，其温度从低到高大约在500 C --1500 C之间在焊接过程中，不均匀的加热，使得焊缝及其附近的温度很高，而远处大部分金属不受热，其温度还是室内温度。
这样，不受热的冷金属部分便阻碍了焊缝及近缝区金属的膨胀和收缩；因而，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力（纵向和横向），就造成了焊接结构的各种变形。
金属内部发生晶粒组织的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形。
这是产生焊接应力与变形的根本原因。
残留在焊接构件中的焊接应力（又称为焊接残余应力）会降低接头区实际承受载荷的能力。
特别是当构件承受动载疲劳载荷时，有可能发生低应力破坏。
对于厚壁结构的焊接接头、立体交叉焊缝的焊接区或存在焊接缺陷的区域，由于焊接残余应力，使材料的塑性变形能力下降，会造成构件发生脆性破裂。
焊接残余应力在一定条件下会引起裂纹，有时导致产品返修或报废。
如果在工作温度下材料的塑性较差，由于焊接拉伸应力的存在，会降低结构的强度，缩短使用寿命。
通常，焊件的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应力的危害还要大。
焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报废。
矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。
另外，由于角变形、弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致发生断事故。
二、焊接变形类别与控制措施1 、焊接残余变形的类别焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。
阿维斯塔,焊接手册
阿维斯塔,焊接手册
摘要：
1.阿维斯塔焊接手册的概述
2.阿维斯塔焊接手册的主要内容
3.阿维斯塔焊接手册在焊接行业中的应用和价值
正文：
阿维斯塔焊接手册是一本关于焊接技术和实践的专业书籍，为焊接工程师、技术人员和操作人员提供了全面的焊接知识和实用技巧。
手册涵盖了焊接原理、焊接材料、焊接方法、焊接设备、焊接质量控制等方面的内容，旨在帮助读者理解和掌握焊接技术，提高焊接质量和效率。
阿维斯塔焊接手册的主要内容包括：
1.焊接基础知识：介绍焊接原理、焊接方法、焊接材料等基本概念，为读者提供焊接技术的基础知识。
2.焊接工艺：详细介绍各种焊接方法的工艺特点、适用范围和操作要点，包括电弧焊、电阻焊、钎焊、等离子焊等。
3.焊接材料：介绍各种焊接材料的性能、用途和选用原则，包括焊条、焊丝、焊剂、钎料等。
4.焊接设备：介绍各种焊接设备的类型、结构和性能，包括焊机、焊接机器人、自动化焊接系统等。
5.焊接质量控制：介绍焊接质量控制的方法和标准，包括焊接接头设计、焊接过程监控、焊接质量检验等。
6.焊接应用：介绍焊接技术在各个行业的具体应用，包括制造业、建筑业、船舶工业、石油化工等领域。
阿维斯塔焊接手册在焊接行业中具有很高的应用价值和指导意义。
通过学习手册内容，焊接工程师和技术人员可以更好地理解和掌握焊接技术，提高焊接设计和施工水平；焊接操作人员可以熟练掌握各种焊接方法的操作技巧，提高焊接质量和效率；企业可以建立完善的焊接质量控制体系，降低生产成本，提高市场竞争力。
总之，阿维斯塔焊接手册是一本实用的焊接技术手册，适用于焊接工程师、技术人员和操作人员阅读和参考。
IWE工大生产制造中的焊接内应力与变形
⒊2 焊接内应力的产生与分布
⒊⒉1下图σs在0~500℃时基本是一常数。当温度超过 500℃时， σs发生陡降，当温度达到600℃时， σs接近于 零（但不是零）。钢材此时几乎处于完全塑性状态，在很 小的膨胀力或收缩力的作用下就会发生塑性变形。
⒊2 焊接内应力的产生与分布
⒊⒉2 横向应力产生的原因： ⑴ 由纵向收缩变形引起的横向应力
⒊火焰成形加热
IWE-T/3.4-1/29
l l 1 T
2 3 l
l T l 1 T
V l l
T l
x E E T z 0
l
l
3 2 1
0、焊接应力变形常理简析
焊接时，电弧对焊丝和母 材表面金属快速加热熔化，
⒋焊接应力变形成因
它们的受热膨胀是自由的， 临近熔池的热影响区金属
注意：此法作用在 钢板上表面，深度有 限，如何消除较厚板 的应力，值得研究。
后座消 振弹簧
橡皮 后座
储能室
上缸 排气
孔
上缸 排气 整流
罩
碾压 轮座
扭 簧 后碾 压轮
冲击气缸
冲击活塞 冲 击 传 力 杆
压簧
焊接方向
近端 储气筒
0.2MPa
继 电 器
碾压轮 导向支 架 下缸排气 整流罩
前 碾 压 轮
气动冲击碾压轮
金属受拘束大的地方， 塑性流变小，弹性应力大； 受拘束小的地方，塑性流变 大，应力小。
1、焊接内应力及变形—导论
图3是钢棒的自由温度 图4钢棒可自由热膨胀， 变形，整个过程中自由延 但冷却收缩不自由，因此棒 伸和收缩，没有发生塑性 内产生拉应力。达到抗拉强 变形，不会存在内应力。 度会导致钢棒断裂。
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• 浙江省重大科技专项（优先主题）工业项目
大型船体焊接变形控制技术研究与示范
• 江苏省科技厅科技支撑计划--工业部分项目(BE2010172)
大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用
• 国际合作项目
大阪大学、 IHIMU、IEM、日本东京计装株式会社、克康（上海）等
• 横向合作项目
外高桥、沪东、江南、武昌、新扬子江等船厂、江南重工、株洲机车厂、 上海城市建设设计院、611所、 702所等
提交文件
指定求解器
计 算 结 果 文 件
POSTSTART STEPSTART NODAL_DATA STEPEND POSTEND
后处理
云图 输出 动画 曲线
五、本系统的衍生系统
利用本系统的平台以及3维有限元模型可以开发 •装焊过程仿真系统 模拟分段搭载 •焊接工程管理系统 焊接工艺文件制定、3维焊接作业指导文件、焊 接工时计算、焊 接日常管理等 •变形测量数据采集系统
Frame 001 05 Sep 2001 DISPLACEMENT
500
W 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1
500
W 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1
400
400
固有应变的概念
• 理论上固有应变认 为是焊接应力和变 形的源 简单的说固有应变 可以认为是焊缝的 残余收缩
固有应变
e* = 外观变形e＋弹性应变ee
固有应变的影响因素
影响因素： 最高温度T 对应于焊接条件
拘束度b 对应于结构特征
基于固有应变的有限元法
在焊缝附近施加与固有应变相等的初始应变，通过一 次弹性板单元有限元分析求的整个结构的焊接变形
• • • • • • •
精确的 焊接变形
本系统
统计规律的 焊接变形 本系统只是一个计算器 需要使用者聪明地使用
数据库
主要研究项目
• 上海市重大科技攻关项目
船舶板材数控热应力曲面成形技术和装备研究
--成形过程建模与仿真和高频感应加热成形计算机辅助系统开发
• 国家自然科学基金项目
计算机辅助高频感应加热自动弯板成型理论及技术的研究
300
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X
X
普通单元
大单元
定义材料性能
输入焊缝信息
自动寻找焊缝
定义节点位移
自动寻找焊缝
确定焊缝固有收缩
数据库结构
计算文件格式
file(jobname.wsi)
MODELSTART CONTROL PART SECTION NODAL_DATA ELEMENT_DATA LINE_DATA FACE_DATA BODY_DATA INTERFACE_ELEMENT_DATA BOUNDARY_FORCE BOUNDARY_DISPLACEMENT BOUNDARY_TEMPERATURE BOUNDARY_SPRING BOUNDARY_CONTACT INHERENT_STRAIN COMMON_POINT MODELEND MATERIALSTART MATERIALEND WELDMENTSTART WELDMENTEND
• 存在的问题
固有应变的确定？？？？
焊接变形计算流程
前 处 理 焊缝截面积（对应与焊接 条件，约束条件等） 网格划分 每条焊缝的收缩量
固有应变数据库
（焊缝收缩量）
所用程序
弹性板单元 有限元法
立体单元 热弹塑性 有限元法 焊接变形
后处理
实验 现场积累
补偿余量，补救措施
三、系统的主要模块 模型导入模块
固有应变 数据库
有限元计算
经验积累
焊接变形
补偿余量
研究内容 1. 构筑专用数据库 2. 完善预测系统 3. 优化制造工艺
提高生产效率 改善产品质量
二、焊接变形计算的基本原理
本系统的计算是建立在固 有应变理论基础上的。
固有应变可以理解为应力 和变形的“源”。
如果不追究热循环过程， 在结构的焊缝中施加固有 应变（焊缝的收缩量）， 通过一次弹性板单元有限 元分析就可以求解整个复 杂结构的焊接变形。
有限元模型生成模块
计算条件定义模块
用户定制
变形计算模块 后处理模块
数据库
（有待用户进一步完善）
变形采集系统（用户定制）
四、系统的特点及操作
符合专业CAE分析流程的界面 支持各种CAD/CAE模型的导入 快速、方便的焊缝自动生成技术 极好的专业针对性、开放性 直观、实用的后处理功能
模块化程度高，非常方便修改维护
六、研发过程
•计算程序源于日本大阪大学 焊接研究所的大单元弹性板 单元有限元分析程序 •最早的版本是为日本石川岛 重工（IHI)造船事业部开发 •取得国家版权局的软件著作 权认证
七、研究业绩
铝合金仓壁（求新） 船体典型结构（浙江科技厅重点）
典型分段（江苏科技厅重点）
低温钢储罐（江南重工）
机车转换架焊接变形预测
计算特点：大单元能满足计算精度
140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 たわみ（mm） 4 5
荷重 （kg）
従来の方法 F3=1.10 F1=1.0 F3=1.10 F1=0.9 F3=1.10 F1=0.8 F3=1.10 F1=1.1
Frame 001 05 Sep 2001 DISPLACEMENT
焊接结构变形分析系统 Weld_Sta
上海交通大学
主要内容
一、系统的意义 二、焊接变形计算的基本原理 三、系统的主要模块
四、系统的特点
五、本系统的衍生系统 六、变形计算程序的研发过程 七、应用实例
八、结束语
一、本系统的研究意义
边界条件
•焊接工艺制订 •胎夹具设计
制 造 工 艺 优 化
基于固有应变的 焊接变形预测系统
机车转换架
前端梁 侧梁
扰度计算
计算 3.06mm 实测 3.0mm
桥梁下节点焊接变形
桥梁上节点
计算实例－双层底结构
计算实例－船体分段
计算实例－船体曲面结构
计算实例－船体分段
整船合拢焊接变形预测
八、结束语
焊接变形的影响因素 热弹塑性变形（理论计算） 不可能 凝固变形的影响 装配变形的影响 焊接顺序的影响 焊接工艺的影响 偶然因素的影响 材质状态的影响