高速船是一类利用流体动力学原理设计并具有高速航行特点的船舶,广泛应用于客运、海监、缉私、海军装备建设等领域,由于高航速要求导致的结构轻型化,其船体分段多为薄板结构。在船体结构建造中,焊接变形一直是困扰建造质量和生产效率的关键问题。焊接过程中产生的变形不但影响结构的外观尺寸,而且还降低结构的局部强度和稳定性。对于薄板船体结构,焊接变形更加难以预测。因此,对薄板结构焊接变形问题的研究具有很重要的意义。一旦产生变形,矫正焊接变形将耗费大量的人力和物力。所以,如何控制以致消除焊接变形是提高和改进焊接结构建造质量,改善劳动强度、降低成本的关键技术之一。为了减小焊接变形,一方面必须从下料、成型、装配以及焊接工艺参数等方面严格控制;另一方面还可以采取一些反变形措施,利用工装夹具等方法来控制焊接变形。所有这些都必须建立在正确把握焊接变形规律的基础之上。焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力与变形等。要得到一个高质量的焊接结构必须控制这些因素。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数,并对相关的变形做出预报,为反变形措施提供依据。本文首先介绍了高速船船体结构焊接变形分析的研究背景及意义,回顾了国内外对此问题的研究现状。然后介绍了温度场及热应力耦合问题的基本概念和计算原理,详细阐述了利用有限元方法计算薄板结构焊接变形的过程及要点和ANSYS有限元软件的应用。最后以某船厂正在建造的高速船钢质船体分段为模型,利用大型通用有限元分析软件ANSYS对其焊接过程进行模拟计算,并对分段的焊接变形做出预报。