焊接结构变形分析系统——Weld_Sta介绍

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
（有待用户进一步完来自百度文库）
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
• • • • • • •
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
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
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
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
• 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
300
300
Y
200
100
Y
200 100 0 0
0
0
100
200
300
400
500
100
200
300
400
500
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
• 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
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。
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
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
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
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