ANSYS模拟：环肋圆柱壳焊接残余应力与变形分析

"环肋圆柱壳结构焊接残余应力和变形的数值模拟 (2011年)" 在焊接过程中，环肋圆柱壳结构的焊接残余应力和变形是两个关键的技术问题，对结构的稳定性和整体性能有着重大影响。这篇论文主要探讨了如何运用有限元软件ANSYS的高级编程语言APDL来模拟这些现象。作者李良碧等人通过编程，创建了一个计算程序，专门用于分析这种特殊结构的焊接过程。 在焊接热应力分析中，生死单元技术被引入，这是一种能够动态改变单元状态的技术，它允许在焊接过程中有效地追踪温度变化和应力分布。通过这种方法，研究人员能够模拟焊接过程中材料的加热和冷却，进而得到焊接残余应力和变形的分布情况。 计算结果显示，轴向焊接残余应力在环肋附近的焊缝区域呈现出双峰形态，这意味着在肋骨连接处的应力集中尤为显著。同时，残余变形也最为剧烈，尤其是在焊缝（即肋骨位置）处。尽管如此，总体上，焊接轴向残余应力被认为是比较小的。 论文指出，环肋圆柱壳结构常用于潜艇的耐压壳体，而焊接是连接环肋与壳体的主要方法。由于其独特的T形焊和环形焊结合的特性，使得焊接过程的热力学条件更加复杂。T形焊在船舶建造中广泛应用，其焊接过程的温度场、热应力场和热变形都比单纯的厚板对接焊更为复杂。 考虑到高强钢对焊接残余应力的敏感性，该研究针对高强钢环肋圆柱壳结构的焊接残余应力和变形进行深入分析具有重要意义。目前，对于这类材料的研究相对较少，但其对潜艇耐压壳体结构的稳定性具有直接影响。因此，这项研究为高强钢潜艇结构的安全性分析提供了技术支持，并可能为大型焊接结构的设计和安全评估提供参考。 论文还提到了焊接热分析的有限元理论基础，包括焊接温度场的有限元求解方法。通过这种方式，可以精确预测焊接过程中温度的变化，进一步理解应力和变形的产生机制。国家自然科学基金资助的这一项目，旨在通过数值模拟来优化焊接工艺，减少残余应力和变形，提升结构的整体性能。 该研究展示了利用先进数值模拟技术解决实际工程问题的能力，特别是对于焊接过程中的复杂物理现象的理解和控制，对于提升船舶和海洋工程结构的制造质量和安全性具有深远意义。