基于有限元固有应变方法（FE-ISM）的格栅结构装配过程畸变分析与优化——第二部分：焊后火焰矫正及实验验证

《Welding in the World》：Distortion analysis and optimization of grillage structure assembly process by finite element inherent strain method (FE-ISM)—part 2: post-weld flame straightening and experimental verification

焊接残余变形对船体结构服务能力的影响及火焰矫直顺序优化研究。摘要：采用有限元素法热弹塑性分析（FE-TEPA）和ABAQUS/CAE软件DFLUX子程序，计算三喷嘴氧乙炔焊炬的残余应变场，并基于等效热应变法（ETSM）建立双层层合壳单元模型。通过重启分析技术将残余应变场导入内应变法（FE-ISM）模型，设计八种同步双线加热序列，对比外围或中心焊线优先矫直对板壳件截面外变形的影响，实验验证表明先中心后外围的顺序可最大程度减少变形。

　　

摘要

熔焊的一个主要缺点是残余变形场，这会对诸如船体之类的组装结构的使用性能产生不利影响。在造船行业中，预测焊接引起的变形是设计周期中的关键步骤，为焊接工程师提供了宝贵的见解，以便通过预防性和纠正性措施来防止或减轻这些变形。尽管付出了所有努力，但这种变形仍无法完全避免，因此通常需要采用焊接后的矫正技术。在本文（第二部分）中，使用有限元固有应变方法（FE-ISM）模拟了在配套论文（第一部分）中组装的格栅结构的火焰矫正过程。首先，利用ABAQUS/CAE软件中的有限元热弹性塑性分析（FE-TEPA）和DFLUX子程序，通过三喷嘴氧乙炔焊枪产生的固有应变场进行了计算。通过应用等效热应变方法（ETSM）和双层层压复合壳单元，为每一层计算了人工线性热膨胀系数。第二步，利用重启分析技术将固有应变分量纳入之前的焊接过程的FE-ISM模型中。采用同时双线加热技术，设计了八种不同的加热顺序，以评估优先矫正外围焊线或中心焊线对船体板平面外变形的影响。仿真结果表明，为了最大程度地减少船体板的平面外变形，矫正过程应从中心焊线开始，然后进行外围焊线的矫正。最后，通过实验测量验证了最佳组装过程。

图形摘要

熔焊的一个主要缺点是残余变形场，这会对诸如船体之类的组装结构的使用性能产生不利影响。在造船行业中，预测焊接引起的变形是设计周期中的关键步骤，为焊接工程师提供了宝贵的见解，以便通过预防性和纠正性措施来防止或减轻这些变形。尽管付出了所有努力，但这种变形仍无法完全避免，因此通常需要采用焊接后的矫正技术。在本文（第二部分）中，使用有限元固有应变方法（FE-ISM）模拟了在配套论文（第一部分）中组装的格栅结构的火焰矫正过程。首先，利用ABAQUS/CAE软件中的有限元热弹性塑性分析（FE-TEPA）和DFLUX子程序，通过三喷嘴氧乙炔焊枪产生的固有应变场进行了计算。通过应用等效热应变方法（ETSM）和双层层压复合壳单元，为每一层计算了人工线性热膨胀系数。第二步，利用重启分析技术将固有应变分量纳入之前的焊接过程的FE-ISM模型中。采用同时双线加热技术，设计了八种不同的加热顺序，以评估优先矫正外围焊线或中心焊线对船体板平面外变形的影响。仿真结果表明，为了最大程度地减少船体板的平面外变形，矫正过程应从中心焊线开始，然后进行外围焊线的矫正。最后，通过实验测量验证了最佳组装过程。

图形摘要