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大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究
大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究

企业名称: 匿名

有效期至: 2017-01-31

预算(万元): 200

所属领域: 海洋装备

大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究
maker8gwcsq | 2614次阅读

1、需求描述

海洋工程用大型复杂钛合金构件涉及对接接头、T型接头,角接头等多种焊接形式,焊接量大,同时钛合金本身弹性模量低,导热系数小,在大型钛合金构件焊接过程中不同焊接结构焊接残余应力交互影响,变形规律复杂,控制难度大。因此,急需开展大型钛合金构件焊接变形与残余应力计算研究,为实际焊接变形控制提供理论指导。

2、项目难点

    焊接变形和残余应力是国内外焊接模拟研究热点之一,但针对海洋工程用大型钛合金构件研究较少。项目难点有以下几方面,钛合金热力学数据不全,难以保证计算的准确性,同时大型钛合金构件结构复杂,边界条件设定难度大,另外,模型复杂,计算量大,对计算机工作站硬件要求高。

3、相关要求及考核指标

    焊接变形和残余应力的模拟计算结果与实际测量结果吻合度大于80%。

4、进度要求

    2017年1月~2017年12月

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针对大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力仿真研究存在的迫切问题和精确度要求目标,本项目团队根据现有研究基础,主要针对几个内容开展研究:解决钛合金热力学性能参数不全的问题,热影响区焊接接头残余应力与变形的高精度预报结果,提高大型钛合金构件焊接变形与残余应力仿真计算效率,检验钛合金构件焊接变形及残余应力的仿真结果精确度。预期的研究成果会将解决大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力仿真研究中存在的迫切问题,提高仿真结果精确度,并提供一套高效可行的技术解决方案。
大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究==实施方案.pdf
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针对特定的焊接方法与接头形式,基于热弹塑性理论,建立钛合金构件典型焊缝焊接过程的非线性瞬态热力耦合有限元模型;开展钛合金材料焊接工艺试验,从温度场、焊接变形及残余应力三方面对模型的准确性进行验证,以此指导优化模型中的换热边界条件和力学约束边界条件,从而对有限元模型进行修正及完善;对比分析不同去应力方法对钛合金构件内部残余应力的影响,并根据具体构件的结构形式及要求选择合适的去应力方法,达到最佳去应力效果;利用所建立的高精度钛合金焊接有限元模型,对真实工况条件下的大型复杂钛合金构件焊接过程进行模拟仿真分析,研究接头形式、焊接工艺、焊接方向、焊接工序、装配条件、环境因素等对焊接变形及残余应力的影响规律;针对可拆解和不可拆解两种类型大型复杂钛合金构件,依据模拟仿真分析结果,分别制定科学合理的操作技术规范,以指导焊接生产,并最终达到减小焊接变形及残余应力的目的。
“大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究”技术方案.pdf
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针对大型复杂钛合金结构件的仿真采用三维弹塑性有限元法和固有应变法相结合的方法。先通过三维弹塑性有限元法对焊缝进行仿真,分析现有焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数下,焊接温度场的变化,焊后焊缝周围的残余应力分布和固有应变分布趋势。同时分析不同焊接工艺参数对焊接残余应力分布和固有应变分布的影响趋势。而后将焊缝分析结果继承到大型复杂钛合金结构件,再通过固有应变法分析装配焊接后的整体变形。并分析工装卡具、焊接参数顺序对大型复杂钛合金结构件焊接变形的影响,对工装卡具、焊接参数顺序进行优化,实现对大型复杂钛合金结构件的焊接变形和残余应力的有效控制。
大型复杂钛合金结构件焊接变形和残余应力研究方案.docx
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针对“大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究”中的难点问题和考核要求,本团队分别从钛合金材料焊接工艺及质量控制,船体复杂结构精度建造以及焊接应力变形先进数值模拟计算等三个方面入手,进而联合国内高校中,船舶与海洋工程领域的三个课题组联合申报。其中,团队各课题组的成员,长期从事该领域的研究工作,积累了丰富的经验,且拥有良好的专业基础和雄厚的科研实力,从而可确保项目的顺利完成。 具体地,首先使用先进的测量方法和仪器进行典型焊接接头的残余应力(X射线衍射法)和焊接变形(三维光学面扫描法)的测量;其次,借助日本大阪大学的in-house代码JWRIAN中的ISM(迭代子结构法)和并行计算(可借助协作单位超算中心的计算集群)功能,实施典型焊接接头的有限元分析,验证材料热物理性能参数和计算参数的可信度;再次,使用上述的方法和参数,进行大型复杂钛合金构件的热弹塑性有限元分析,可精确地预测焊接变形和残余应力;最后,若只分析焊接变形,可运行JWRIAN代码中的弹性有限元分析模块,基于典型焊接接头得到的焊接固有变形和界面要素,可高效且较为精确的得到焊接变形的分布和数值。
【江科大+华中科大+西安交大联合】“钛合金构件焊接变形与残余应力研究”需求申报书.pdf
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基于钛合金热力学参数的测定,结合焊接实验调试,建立钛合金典型接头焊接过程的数值计算模型,构建钛合金焊接固有应变分布特征量与焊接工艺参数之间的回归数学模型。应用固有应变法,提出钛合金大型复杂结构焊接变形的快捷数值计算模型,并在传统固有应变法中计入焊缝间相对位置、装配顺序等动态影响因素,实现对大型复杂结构焊接变形的准确快速预报。并基于该模型,分析大型结构焊接工艺参数/装配措施对焊接变形的影响,优化装配工艺,实现对大型复杂结构焊接变形的有效控制,提高产品质量与生产效率。
大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力技术方案.pdf
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1、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难控制的一环。焊接变形的存在不仅造成了焊接结构形状变异,尺寸精度下降和承载能力降低,而且在工作荷载作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是船舶结构早期失效的主要原因,也是造成船舶结构疲劳强度降低的原因之一。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。 2、本项目研究过程为采用焊接试验与热弹塑性计算相结合的办法,得到钛合金板典型焊缝的固有应变;然后通过建立典型焊缝的有限元模型,对现行装焊工艺条件的典型焊缝焊接变形仿真;并测量实际焊接过程中的焊接变形,通过对比测量结果与计算结果,确认仿真方法的有效性;进而针对多种典型装焊工艺进行仿真计算,并分析比较各装焊工艺方案下小部件焊接变形规律和数值大小;以此为基础针对大型钛合金构件进行基于固有应变法的焊接变形和残余应力的有限元仿真;最后,建立焊接变形和残余应力的评价体系,为大型复杂结构焊接变形和残余应力计算和评定提供有效技术手段。
钛合金结构件焊接变形与残余应力研究.docx
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本项目拟采用热弹塑性有限元法,研究海洋工程用大型复杂钛合金构件焊接变形和残余应力规律,并通过优化焊接工艺达到控制结构焊接变形和改善残余应力的目的。课题组成员一直从事船舶与海洋结构物焊接变形预报和结构强度方面的研究工作,在大型船海结构焊接变形和残余应力计算分析方面具有较好的研究基础,承担过多项与本项目相关的研究课题,可顺利完成该项目。
研究方案_大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究.pdf
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本项目需要三个组成部分。 1.一个研究单位或团队 2.一台套高精度三维激光尺寸测量设备。用于收集有关材料的尺寸变形数据。 3.一台套高精度应力测量设备。用于收集有关材料的应力数据。 具体体现在苏州大学的方案基础上。我公司可以提供其研究计划的第一步所需设备,一台套高精度三维激光测量仪器。用于各种变形量的三维尺寸测量(精度微米级)
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针对大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究,本项目研究计划 Step1:收集、整理材料性能数据 Step2:建立钛合金构件有限元模型 Step3:确定试件焊接输入参数 Step4:开展非线性瞬态热分析和相变分析 Step5:计算焊接残余应力与应变 Step6:提出解决问题的途径 由于课题任务难度大,时间紧,本项目组将以多家单位联合体的形式组织该课题研究。项目组一直从事焊接残余应力模拟和相关工艺优化,有较好的研究基础,能够顺利完成该工作。
大型复杂钛合金构件焊接变形与残余应力研究.docx