董平沙教授-焊接结构数字化设计、模块化组装及延寿技术报告会

导读：随着数字化技术的不断发展，其在焊接结构设计、模块化组装等领域的应用也得到了广泛的关注。本文简要介绍了数字化概念在焊接结构设计与制造中的应用。针对在役焊接/增材结构，介绍其疲劳性能评估方法与注意事项。更多内容，推荐大家关注7月21日19时30分，密歇根大学Robert F. Beck教授董平沙老师在仿真秀线上报告《焊接结构数字化设计、模块化组装及延寿技术简介》，详情见后文。

一、数字化概念在焊接结构中的应用

数字化模块概念是通过计算机辅助设计 (CAD) 和计算机辅助制造 (CAM) 技术将焊接结构划分为若干个模块，并通过数控设备进行精确制造和组装。数字化模块化设计可以提高生产效率、降低成本、缩短生产周期，并提高产品的质量和可靠性。

传统组群技术主要依赖于人工操作，其局限性主要体现在以下几个方面：生产效率低、质量不稳定、成本较高、安全性差等。例如，在造船行业，传统的船舶结构组装方式往往需要大量的人工操作，造成生产效率低下、质量波动大、成本较高等问题。

焊接工艺是典型的热加工工艺，因此基于热加工力学概念的群组准则是一种新型的焊接结构设计方法，通过对焊接过程中的热效应和力学效应进行综合分析，优化焊接参数和焊接顺序，从而提高焊接结构的质量和可靠性，提高生产效率，降低 制造成本。

二、焊接结构疲劳性能评估方法与抗疲劳设计

焊接结构相对于非焊接结构具有几何不连续、存在高幅值残余应力及固有缺陷等特殊性。因此焊接结构需要专门的疲劳评估方法。完整的焊接结构疲劳评估方法需要涵盖各种接头类型各类母材在单轴、多轴应力状态下的高周、低周的时域及频域疲劳分析。并且可以对焊接结构抗疲劳设计具有指导意义。

焊接结构抗疲劳设计准则可以从以下几个方面考虑：宏观焊接结构设计，包括接头布局、方向，接头形式；接头关键细节与局部几何形貌；焊接接头特征位置处理（焊缝终端、焊趾、焊根）。此外，焊接残余应力对接头疲劳寿命的影响也一直是学术/工业界广泛关注的问题。

三、焊接残余应力产生机理及调控原理

焊接残余应力会影响整体焊接结构的完整性：残余应力会导致材料的内部应力，加速裂纹的扩展，降低临界裂纹尺寸；此外，残余应力会引起焊接结构变形，降低其承载能力；最后，高残余应力还可能导致焊接结构的失稳，引发意外的破坏。

焊接残余应力产生的关键因素主要包括：焊接热过程导致的不均匀温度场、焊接材料的力学性能以及焊接过程中的约束条件。当焊接过程中存在局部热输入和热膨胀收缩时，焊接结构内部会产生内应力，形成残余应力。

补焊过程往往会引入新的热输入，使得原有的残余应力分布发生变化，进而导致焊接结构的性能受到影响。如果处理不当，补焊后的结构可能更加脆弱。为减轻补焊引起的残余应力，可以对补焊位置、补焊几何形貌、补焊热输入、补焊顺序进行优化设计并采用预热或后热处理等措施。

消除焊接残余应力的方法主要包括：热处理（如退火、时效处理等）、机械处理（如压力释放、冲击处理等）以及应用新型焊接技术（如低应力无变形焊接技术）。这些方法可以有效降低焊接残余应力，提高焊接结构的性能和寿命。

控制焊接构件变形的基本准则包括：合理选择焊接参数、优化焊接顺序、采用对称焊接或分段焊接等方法以及预防焊接变形的应力集中。通过实施这些措施，可以有效降低焊接构件的变形，提高焊接结构的整体性能。

四、焊接结构设计公开课与线下培训

为了让广大为了帮助用户更好的理解并掌握焊接结构设计、制造及服役分析相关知识，在#2023仿真知识周#期间，仿真秀平台邀请到国际著名焊接分析专家、密歇根大学Robert F. Beck教授董平沙老师于7月21日晚19时30分（周五）针对焊接结构数字化设计、模块化组装及延寿技术进行线上讲座。 

（一）董平沙老师焊接仿真线上报告会内容：

1、数字化概念在焊接结构中的应用

• a)数字化/模块化概念：需求及实施

• b)基于热加工力学概念的模块化设计准则

2、焊接/增材制造结构抗疲劳设计要素

• a)焊接接头抗疲劳设计要点及力学原理

• b)结构应力/应变方法在评估金属增材结构的最新应用

3、焊接残余应力与结构完整性

• a)焊接残余应力对接头疲劳性能影响及处理方法

• b)去应力热处理（PWHT）对焊接结构疲劳性能的影响

4、在线互动交流（请识别下方二维码参加直播和回放）

董平沙教授：焊接结构数字化设计、模块化组装及延寿技术简介-仿真秀直播

（二）董平沙老师线下会议培训

此外，董平沙老师将于7月27-7月28日在青岛市黄海饭店举行为期两天的线下会议/培训。具体会议/培训内容包括：

课程1：数字化概念在焊接结构中的应用

（4）基于热加工力学概念的“群组”准则数字化概念典型应用实例

课程2：焊接结构疲劳性能评估方法与抗疲劳设计要素

−基本概念及计算方法

−工程应用实例

•基于缺陷分布特征定量质量定义及NDT实施方法

（8）PWHT(消应力热处理)对焊接结构疲劳性能的影响

课程3：焊接残余应力产生根源及调控原理

（8）残余应力与变形调控的经典案例  

会务咨询：荚利宏，电话-13756051837，邮箱-13756051837@163.com（欢迎联系仿真秀官方客服报名010-52167810 李老师索要报名表）

五、2023仿真知识周

而当下，仿真技术的内涵也在不断革新，从经典的结构力学有限元分析，逐渐扩展到多物理场、强非线性、复杂物理过程的仿真，并逐渐与人工智能、数字孪生等各种新技术、新概念相互融合，不仅提高研发流程的效率，也以仿真技术的应用为抓手推动整个企业的数字化转型升级。

在这个变革的时代，无论你是哪个工科专业的同学、哪个行业的研发技术人员，甚至是医生、投资人，了解一些与自己行业相关的仿真技术都会对你的学习和职业生涯带来助力。7月18日-7月31日，2023仿真知识周（第五届）重磅来袭！

（扫码加入知识周交流群，提前锁定直播信息、抽奖福利等）

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7.18～7.31在仿真秀搜索「仿真知识周」