焊接是船舶建造的主要连接手段,但因其局部不均匀的加热和冷却使得船体构件产生多种焊接变形,所以焊接变形控制得好坏在很大程度上决定了船舶的建造精度和效率。传统方法对于焊接变形的预测和控制主要是依照工人师傅的经验和大量的试验,不仅效率低、成本高,且该方法已无法适应复杂的焊接结构和现在多样的焊接方法。随着计算机技术的发展,有限元数值计算成为预测焊接变形的有效手段,但对于大型复杂结构的热-弹-塑性有限元计算占用大量的计算机资源且耗时过长。将基于固有变形的弹性有限元分析运用在大型焊接结构件中,能够实现对结构整体焊接变形快速、准确地预测。本文基于固有变形法对20000TEU超大型集装箱船的关键结构,即水密横舱壁和舷侧抗扭箱结构的整体焊接变形进行预测,并提出多种变形控制措施。首先,对横舱壁和抗扭箱结构中的典型焊接接头进行总结并分别建立实体单元模型,利用高效热-弹-塑性有限元分析得到全部接头的固有应变,并建立固有变形数据库。将固有变形作为载荷,加载到壳单元模型的焊缝上,进行一次弹性有限元分析便可快速、准确地获得整体结构的焊接变形。另外,根据变形预测结果,提出优化装焊顺序、优化焊接坡口来控制面外焊接变形。结果表明:(1)通过对14个典型对接接头和16个典型角接接头的高效热-弹-塑性有限元分析,建立起横舱壁和抗扭箱结构的固有变形数据库;通过比较热-弹-塑性有限元分析和弹性有限元分析的结果,验证了固有变形的准确性。计算对接接头的横向弯曲时,变形反演法比应变积分法更准确;基于大量的固有变形数据,发现热输入与固有变形各分量呈线性递增关系,并总结得到热输入与固有变形各分量的经验公式,为后续计算典型接头的固有变形节省了大量的时间;经过与焊后实测变形数据的对比,验证了基于固有变形的弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁和抗扭箱结构的面外焊接变形;(2)将横舱壁结构由原来的2段拆解成5段后,不论组立之间采用何种装焊顺序,面外焊接变形均较小,说明将大分段拆分成更多个组立,是有利于减小面外焊接变形的。经过对不同大组立装焊顺序的研究,采用由内向外同时且对称的焊接顺序,水密横舱壁结构的面外焊接变形最小;(3)对于X型坡口的超厚板对接焊,采用正反面坡口深度的非对称设计不仅有利于减小变形,而且仅需一次翻身,提高生产效率;通过一系列高效热-弹-塑性有限元计算总结出超厚板板厚(40mm~85mm)与考虑间隙的最佳正反面坡口深度比之间呈现非线性关系,并通过玻尔兹曼拟合得到经验公式;考虑间隙的非对称坡口在能控制面外焊接变形的同时,增大了背面焊接的操作空间,更符合实际生产需求。最后将考虑间隙的非对称坡口应用到抗扭箱结构中,面外焊接变形减小明显,有利于指导船厂的实际生产。