李元泰 吴华鑫 董 斌 肖慎翀

武汉第二船舶设计研究所，武汉，430064

0 引言

为满足高强度、耐腐蚀等复杂环境要求，大型异种钢焊接结构开始广泛应用[1-2]。异种钢焊接接头由于各自材料的热物理性能和力学性能之间存在显著差异，焊后变形分布相比同种材质接头更为复杂[3]。数值模拟作为焊接领域重要的研究方法，从20世纪开始一直被学者用来预测焊接结构的残余应力与变形。UEDA等[4]率先采用有限元法对焊接过程进行热弹塑性计算，分析了平板对接焊、角接焊的温度和应力分布。针对焊道长、焊缝多的大型结构，UEDA等[5]又提出了固有应变理论及计算方法来解决传统的热弹塑分析效率低下的问题。HUANG等[6]进行了SUS301不锈钢板的激光焊接试验，基于固有应变理论的弹性有限元法预测的焊接变形结果与试验结果吻合，并且非常高效。DENG等[7]运用固有应变方法计算了船舶大型加筋板结构的焊接变形。WANG等[8-9]通过数值模拟和试验的方法预测碳钢、不锈钢等结构的焊接变形，指出焊接变形的大小和分布与热输入、板材的厚度、材料、焊接接头型式密切相关。王林等[10]运用热弹塑性有限元法和固有应变法对离心叶轮风机的焊接工艺进行优化。以上大型单一金属材料构件焊接变形的快速预测比较成熟，但目前异种钢结构的焊接变形的研究主要基于试验和效率相对较低的热弹塑性分析方法[11-12]，快速预测异种钢焊接结构的变形报道较少。

本文以Q345钢和SUS304不锈钢平板对接接头和T型接头为研究对象，基于固有应变理论，利用异种钢焊接有限元模拟方法研究了固有应变的变化规律。……