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国内外焊接变形预测方法

固有应变焊接预测法

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3基于热弹塑性理论的焊接预测法

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4Abaqus针对焊接行业的解决方案

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国内外焊接变形预测方法

固有应变焊接预测法

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3基于热弹塑性理论的焊接预测法

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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。

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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。

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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。

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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。

一个焊接过程的某一方面，采用分析或数值方法求解以获得该过程的定量认识。

z核心要求：确定被研究对象的物理模型及其控制方程（本构关系）。

z意义：通过对复杂或不可观察的焊接现象进行仿真和对极端情况下尚不知的规则的预测，以助于认清焊接现象的本质特征，优化结构设计

不知的规则的预测以助于认清焊接现象的本质特征优化结构设计

和工艺设计，从而减少试验工作量，提高焊接质量。

z应用范围：预测焊接温度场、焊接残余应力、大型结构的焊接变形以及焊缝和热影响区组织的预测。

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焊接数值模拟，实际上就是热传导有限元解析法和非线性有限元应

焊接数值模拟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。由此，焊接变形和残余应力的计算有两部分组成：A）随时间变化的温度分布的计算，即温度解析；

B）在变化的温度场下地位移、应变和应力的计算，即应力解析。

B）在变化的温度场下地位移应变和应力的计算即应力解析

有有焊接数值模拟主要包括固有应变法和热弹塑性有限元法。

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主要内容

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国内外焊接变形预测方法

固有应变焊接预测法

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3基于热弹塑性理论的焊接预测法

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固有应变法

（1）固有应变

在低合金高强钢焊接时，固态相变常发生在弹性丧失温度以下，必须考虑相变时体积膨胀引起的应变变化。因此焊接应力是热应变、塑性须考虑相变时体积膨胀引起的应变变化因此焊接应力是热应变塑性应变以及相变应变综合影响的结果。热应变、塑性应变和相变应变都是焊接应力产生的根源.

所谓固有应变可以看成焊接残余应力之源物体处于即无外力又无

所谓固有应变可以看成焊接残余应力之源，物体处于即无外力又无内力的状态下作为基准态，固有应变表征从应力状态切离后处于自由状态时，与基准态相比所发生的应变。焊接时，固有应变包括塑性应变、温度应变和相变应变。焊接结构经过一次热循环后，温度应变为零，则固有应变是塑性应变和相变应变的残余量之和。

焊有，弹有替弹若已知给定焊接过程的固有应变，使用线弹性有限元代替热弹塑性有限元求解焊接残余应力和焊接变形，这就大大缩短了计算时间。

核心要求：要用固有应变法计算复杂结构的残余变形，需要建立一个庞大的固有应变数据库。这个数据库是建立在热弹塑性有限元分析和实验以及长期的经验积累的基础上的。

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若已知给定焊接过程的固有应变，使用线弹性有限元代替热弹塑性有限元求解焊接残余应力和焊接变形，这就大大缩短了计算时间。

算时间

核心要求：要用固有应变法计算复杂结构的残余变形，需要建立一个庞大的固有应变数据库。这个数据库是建立在热弹塑性有限元分析和实验以及长期的经验积累的基础上的。

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基于固有应变理论预测焊接变形

1.建立理想条件下船体焊接接头固有应变数据库；

2.建立有限元模型；

3.以基于固有应变有限元焊接专用软件WSDP为基础，利用建立

的固有应变数据库，直接对船体有限元模型的焊接进行计算.

z对于不同的结构要利用WSDP软件进行焊接变形预测计算，必须先要建立固有应变数据库，这是进行焊接变形预测计算

的重要和关键一环。

z对于典型焊接接头的焊接，可通过热弹塑性有限元法进行计对于典型焊接接头的焊接可通过热弹塑性有限元法进行计

算。通过该方法得到其焊接变形，即得到典型焊缝的固有应

变。

z除此之外，可利用其他行业的经验，如机车行业，用WSDP 除此之外可利用其他行业的经验如机车行业用

软件对焊接变形进行分析，得出其焊接变形量。再根据生产

工艺条件和实际生产过程中积累的大量经验数据对固有应变

基础数据库进行修正；通过计算得到的数据和实际生产中的

基础数据库进过计算到的数据实生产中的

数据进行对比，修正固有应变数据库。

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