Sequence optimization of hull structure assembly based on prediction of welding deformation

Optimization of assembly process is significant for ship construction, thus reducing the time and related costs of construction. Welding Structure Deformation Analysis （Weld-sta） was used to predict welding deformation of a hull block. After the reliability of simulation was proved by comparing with measured results, four kinds of welding sequences was determined. By considering welding deformation and assembly process with the e]ficieney of automation, decreasing the overturn times （times of turning the erections upside down during welding） and working hours etc, one of the welding sequences is assumed to be the most reasonable one. The study shows this method is very useful in optimal assembly program determination of practical engineering structures.

基于MS-FCM算法的船体板熔池图像处理技术

熔池的图像处理与特征提取技术是船舶熔化极气体保护焊(gas metal arc welding, GMAW)智能化焊接质量监控的重要内容,针对船体板GMAW焊接过程中的烟雾大、飞溅多等不稳定特性导致熔池图像采集模糊、边缘提取困难等问题,提出一种基于均值漂移(mean shift, MS)优化模糊C均值聚类(fuzzy c-means, FCM)的图像处理算法.在优化设计焊接动态视觉传感系统中,以最大化保证图像信息采集清晰度的基础上,利用MS算法获取超像素图像以解决FCM算法对噪声的敏感性,同时在FCM算法上引入加权邻域窗口,以增强MS-FCM算法的鲁棒性,来克服烟雾、飞溅、弧光等噪声影响,进而完成图像分割与边缘提取.最后,设计出关于FCM、空间约束模糊C均值聚类(fuzzy c-means with spatial constraints, FCM_S)、加强型模糊聚类(enhanced fuzzy c-means, ENFCM)和模糊局部信息C均值聚类(fuzzy local information c-means clustering, FLICM)算法的4种不同图像处理方法,并与MSFCM优化模型进行边缘分割效果对比,获取几种方法所提取的熔宽,验证熔池几何特征的提取精度.结果表明,MS-FCM算法在船舶焊接熔池图像处理方面能有效抑制噪声干扰,平滑信息,达到较高的提取精度.

基于数据驱动的船舶中组立智能焊接技术应用研究

针对船舶中组立尺寸大、结构复杂、障碍物多,机器人自动化焊接难以应用,本文提出基于数据驱动的船舶中组立智能焊接技术,通过中组立三维模型和龙门式机器人构建仿真场景,采用广度搜索与深度搜索相结合的办法高效识别船体结构节点元素特征,并利用空间三维结构交线拟合提取焊缝曲线,建立安全焊接生产空间的防撞检测机制和避障规则,进而精准引导多机器人避障与自动焊接作业。结果表明,采用该智能焊接技术提高了中组立焊接效率和焊接质量,促进了船舶建造自动化、数字化生产,提升船舶行业智能化、先进工艺技术水平。

某滚装船船体变形案例分析及建造经验

针对某滚装船建造时出现严重中垂变形的现象,从船体强度、船体刚度、焊接变形、建造工艺及焊接工艺等方面。分析其产生的原因,并研究整改方案,通过整改成功地将船舶中垂变形值恢复到正常安全范围内。该案例可为类似船舶的类似问题提供技术借鉴,也为薄板船的建造积累了经验。

基于改进YOLOv5的船体焊缝缺陷自动检测方法

为解决采用人工手段检测船体焊缝速度慢、准确度低的问题,提出基于改进YOLOv5的船体焊缝缺陷自动检测方法。利用相机采集船体焊缝图像,使用正弦灰度变换对焊缝图像进行处理,避免焊缝图像特征消失,提高正常焊缝与存在缺陷焊缝间的对比度,将处理后焊缝图像作为YOLOv5网络的输入样本,经网络Backbone、Neck以及Head部分处理,输出焊缝缺陷自动检测结果,并使用GhostNet替换YOLOv5网络主体部分的一般卷积层(CBS),降低网络进行船体焊缝缺陷检测的计算量和资源消耗量。实验结果表明,采用正弦灰度变换后的图像更加清晰,可突出显示焊缝缺陷特征,提升焊缝缺陷检测结果精准。改进后网络训练损失函数为0.15,平均准确率为98%,可实现不同焊缝位置的缺陷检测。

船体板架纵骨错位对焊接变形及应力的影响

在船体板架的焊接工序中,由于制造误差产生的纵骨错位问题对焊接过程及焊接质量产生不利影响。以典型船体板架为例,在纵骨强制对齐的基础上采用顺序耦合的热弹塑性有限元法对其焊接过程进行数值仿真分析,研究纵骨错位量对焊接变形和应力的影响规律。结果表明,随着错位量的增加,错位纵骨两侧板格焊接变形分布的不对称性逐渐增强,左右两侧板格变形差值最大可增加3.7倍,且当错位量一定时,外板厚度越小纵骨错位的影响越大。此外,纵骨强制装配产生的应力与板架焊后残余应力均随错位量的增大而增加,当错位量为10 mm时,残余拉应力与压应力分别是纵骨未错位情况下的4.4倍与4.9倍。

圆锥壳大型开孔围栏焊缝裂纹疲劳寿命分析

[目的]旨在研究受均布压载荷的圆锥壳大型开孔围栏焊缝结构中的疲劳寿命问题。[方法]以某水下耐压结构模型作为研究对象,构建有限元模型,使用结构应变方法获取该结构的疲劳危险点并计算该点处疲劳寿命。将计算结果与该水下耐压结构模型的试验数据进行对比,验证结构应变方法在此类结构疲劳寿命评估中的准确性。[结果]结果表明,结构应力最大部位出现在围栏焊缝靠近模型大端一侧,与试验中疲劳裂纹出现位置一致。结构应变方法计算得到的疲劳寿命与实际试验结果基本吻合,实际试验中的疲劳数据落在主e-N曲线的一条窄带上;围栏焊缝危险点处正向结构应力远大于切向结构应力。[结论]结构应变方法可以较好地解释圆锥壳大型开孔围栏焊缝结构的疲劳寿命问题,在此类载荷条件下,危险点处初始裂纹应当为一型。

船体分段钢结构焊接变形控制方法

船体分段钢结构焊接变形导致焊接工艺下降,提出基于极限强度应变动态调整的船体分段钢结构焊接变形控制方法。构建船体分段钢结构船体板和加筋板试件的载荷分析模型,通过累积塑性损伤和疲劳裂纹损伤特性分析,建立循环载荷幅值响应与裂纹分布的动态分布关系,根据单调载荷下船体板极限强度的应变特征分析和动态反馈调整,实现对船体分段钢结构焊接变形控制。测试表明,该方法提高了船体分段钢结构焊接的可靠性,降低变形屈服响应,提高极限承载性能。

船体小组立机器人焊接三维扫描识别系统设计

针对船体小组立结构件,基于三维点云数据,利用点云和图像处理算法,完成船体小组立结构件的三维扫描、焊缝识别和焊缝拓扑结构分析。基于片体智能化焊接流水线,构建船体小组立机器人焊接三维扫描识别系统。该系统具备对一般筋板类型结构件与交叉类型结构件的焊前扫描、焊缝识别、机器人焊接路径规划和机器人焊接作业生成等功能,经实际验证,可为片体智能焊接流水线实现船体小组立结构件智能化焊接提供准确的视觉信息与作业信息。

先进焊接技术在水下装备中的应用分析

海洋强国战略要求水下装备向大水深、远航程方向发展,钛合金以其轻质、高强、耐蚀、无磁等优良特性被认为是海洋装备的理想结构材料。文中针对钛合金耐压壳体的焊接结构特点,基于真空电子束焊、激光-电弧复合焊、等离子弧焊以及搅拌摩擦焊的组织性能特点,分析了它们在耐压壳体承载焊缝上的适用性和潜在难点,以期为钛合金耐压壳体的高质量建造提供技术参考。

高强钢锥柱结合壳焊接残余应力的数值模拟和试验研究

高强度钢在船舶生产建造过程中已得到广泛应用。高强钢的焊接常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。文章首先基于有限元分析软件ANSYS,利用其APDL语言开发了相应的焊接程序,对高强钢锥柱结合壳模型凸锥处环焊缝的焊接过程进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布;然后采用X射线无损检测方法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:数值模拟结果与试验测量值是相吻合的,在焊缝焊趾处存在着较大的焊接残余应力,在熔合线外,随着距焊缝中心线距离的增加残余应力值迅速下降。

大型耐压壳环焊缝焊接残余应力实验研究

采用盲孔法对某大型耐压壳废弃壳圈环焊缝及两个模拟模型进行焊接残余应力测试，结果表明，焊接残余应力普遍较大，mises应力超过0．50σs的测点约占2／3左右，另有10％-20％的测点mises应力超过0．8σs，接近屈服极限．

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。

爆炸消除921A钢焊接残余应力试验

根据潜艇耐压壳焊接工艺制作了模拟焊接试板 ,并根据爆炸消除焊接残余应力基本原理和国内外实践经验 ,设计了爆炸消除模拟焊接试板残余应力的工艺 ,进行了爆炸消除 92 1A钢焊接残余应力试验研究。结果表明 ,单、双面布药爆炸处理消除焊接残余应力 ,均能有效调整、消除焊接残余应力 ,使残余应力分布明显均匀化 ;接触爆炸处理效果优于非接触爆炸处理效果 ;爆炸冲击波的作用效果优于反射拉伸波作用 ;双面爆炸处理效果优于单面爆炸处理效果。

基于固有应变理论的船体焊接变形仿真研究

大型船舶构件尺寸大、焊缝分布广,传统的有限元焊接仿真方法难以满足其大尺寸结构计算的要求。基于热弹塑性有限元法对T型局部接头进行焊接变形计算,获取焊缝处平均固有应变值,然后将其作为初始载荷施加在全尺寸壳单元分段模型上进行弹性计算,最终得到大型分段的整体焊接变形。仿真结果表明,结合小模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能准确高效的预测大型结构的焊接变形。

大型船体舷侧分段装焊顺序仿真及其变形预测研究

针对大型船体结构焊接仿真及变形预测困难等问题,综合运用热弹塑性有限元法和固有应变法实现船体舷侧分段装焊工艺仿真,重点研究不同装焊顺序对焊接变形的影响。系统分析了船体舷侧分段的焊缝类型及其焊接工艺:基于热弹塑性有限元法获取典型焊缝接头的固有应变;进而采用固有应变法分析了不同装焊顺序下舷侧分段的焊接变形及其分布规律.结果表明:舷侧分段呈现纵向两端向中间收缩变形趋势,最大变形量发生在内外板衔接处。反造法相对于正造法的装焊工艺,焊后变形在x、y方向的最大变形量分别提高0.8%、5%,在z方向的最大变形量降低4.4%为提高大型船体结构装焊效率和质量提供了理论支撑。

内压对锥柱耐压壳焊接残余应力影响的数值模拟与试验研究

耐压结构在使用前一般都要进行内压试验,经过内压试验后结构的焊接残余应力会发生改变。残余应力的变化会对结构的力学特性有一定影响。文章首先运用ANSYS的APDL语言编写了大尺度锥柱耐压壳模型焊接残余应力数值模拟程序,对耐压结构的初始残余应力和经过内压试验后残余应力的变化进行计算;然后,采用X射线无损检测方法对该大尺度锥柱耐压壳模型的初始残余应力和经过内压试验后的残余应力进行测量。计算结果与试验结果表明,随着内压增加,内壳残余拉应力不断降低;而外壳残余压应力则变化不大;并且数值模拟结果与试验结果基本吻合。该文研究结果为更加合理可靠地进行耐压结构力学特性分析提供了理论依据。

工业机器人在船体焊接中离线误差补偿方法

为了提高船体焊接中工业机器人的运动精确性,提出了在船体焊接中工业机器人的建模和误差补偿方法。在考虑驱动力、结构刚度、机械臂的重力和外部载荷的情况下,通过使用虚拟弹簧的方法得出笛卡尔刚度矩阵。基于建立的刚度模型,用一个工业机器人在焊接轨道上演示,以此介绍了一种补偿柔顺误差的方法。结果表明,该补偿方法能有效地提高机器人的操作精确性,使得有附加载荷机器人的实际轨迹与目标轨迹近似一致。

D36级高强度造船用钢板焊接性能的分析

为了适应近年来世界造船工业对造船用钢的需求,首钢迁安钢铁有限责任公司通过了九国船级社的认证。根据各国船级社的要求,对D36级高强度造船用钢板的焊接性能进行了试验研究,分析了试验用钢板焊接接头的力学性能、冲击性能、硬度以及显微组织。试验结果表明试验用钢板具有优良的焊接性能,完全满足各船级社对船板的严格要求。

典型船体部件装焊过程结构应力连续模拟研究

焊接残余应力计算中最有效的方法之一是热弹塑性有限元法,但目前采用这种方法计算时很难按照船厂现场装配过程建模。针对这一问题,本研究采用工艺链连续模拟技术,按照船厂现场施工条件及装配流程,建立典型船体部件的拼焊点固、双面拼焊、肋板与桁材装配点固焊、肋板与桁材焊接的一系列工艺过程的连续计算模型,实现了该部件现场装焊过程的连续模拟,探索了装焊过程船体部件内应力的演变历程。研究表明:连续模拟技术可以用于预测船厂实际装焊过程的焊接残余应力,是探索工艺对船体结构强度影响的一项重要技术手段。