甲板板架结构是船体的重要组成部分,在焊接过程中产生的焊接变形与残余应力会降低其承载性能和装配精度。在焊接过程中对甲板板架施加力学约束可以控制其焊接变形,利用焊接数值模拟方法能够预先给出不同力学约束下甲板板架的焊接变形和残余应力分布情况,为实际建造提供参考。本文采用有限元分析软件ABAQUS/standard,利用顺序耦合热弹塑性有限元法法,并综合运用shell/solid模型、混合热源模型、分段移动热源和温度场静态子结构方法,针对船体典型的甲板板架结构开展了焊接数值模拟,在保证计算精度的同时提升了计算效率,分析讨论了垂向约束、边缘固定约束和组合约束对甲板板架焊接变形和残余应力影响规律。本文的主要内容如下:(1)介绍本论文的研究背景和意义,归纳了结构焊接变形与残余应力预测的研究方法和船体结构焊接工艺与变形控制的方法,并整理总结国内外力学约束对焊接变形与残余应力的研究现状。(2)介绍热弹塑性温度场分析理论、应力场分析理论和shell/solid模型。利用顺序耦合热弹塑性有限元法,综合运用shell/solid模型、分段移动热源和温度场静态子结构等技术,并利用Fortran语言编写纵骨和横梁的焊缝热源加载子程序,对船体典型的甲板板架结构的焊接过程进行数值模拟,分析了整个板架的焊接变形过程和残余应力分布情况。(3)分别对5个垂向约束方案下船体甲板板架进行了焊接数值模拟。对比分析了垂向约束对板架焊接变形与残余应力的影响,计算结果表明,垂向约束可以大幅减小板架的整体纵向焊接弯曲变形、板格间甲板板的局部焊接变形和自由边的焊接变形,并且焊接变形随垂向约束面积的增大而减小,甲板板中面残余应力几乎不受垂向约束的影响。(4)分别对3个边缘固定约束方案下船体甲板板架进行了焊接数值模拟。对比分析了边缘固定约束对板架焊接变形与残余应力的影响,计算结果显示,边缘固定约束可以大幅减小板架的焊接收缩变形和自由边的焊接变形,而在板格的局部焊接变形和板架整体变形控制方面效果不大,甲板板的残余应力几乎不受边缘固定约束的影响。(5)综合运用垂向约束和边缘固定约束方案,研究了控制船体甲板板架的整体、板格局部、自由边面外和板架收缩变形的力学控制方法,得到控制船体甲板板架焊接变形的最佳约束方案。