一种焊接变形数值模拟快速实现方法与流程

本发明涉及建筑施工技术领域，具体的说是一种焊接变形数值模拟快速实现方法。

背景技术：

随着社会发展，核电作为高效的清洁能源，具有明显的优势，大力发展核电已列入我国的中长期规划。核电建设周期长，钢结构焊接作业量大，工期压力大，焊接变形数值模拟快速实现方法可有效解决焊接工艺不完善、复杂钢结构或薄壁钢结构焊接变形难以控制的问题，将会是核电钢结构焊接作业的一种趋势。

热弹塑性有限元法是目前比较先进的模拟焊接过程的计算方法，通过布设焊缝位置的生死单元可实现焊材的填充、从而模拟出焊接过程中熔池的深度、焊接件的焊接变形、应力分布状态。

焊接件的快速建模、网格划分质量、焊材及母材受温度影响的本构模型以及焊接数值模拟软件文件识别的单一性，为焊接热弹塑性数值模拟增加了难度，采用一些焊接数值模拟软件进行热弹塑性分析可以实现焊接变形及应力分布状态的模拟，但耗时长、计算成本较高，不经济，还会影响焊接作业工期。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接变形数值模拟快速实现方法，该方法能够快速实现焊接变形数值模拟，适用于多种焊接方法，操作简单，经济高效且结果准确可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1，前处理阶段；建立焊接件计算几何模型，并对得到的几何模型进行有限元网格划分；

步骤2，中间转化过渡阶段；将完成有限元网格划分的几何模型文件进行格式转化；

步骤3，后处理阶段；进行焊接热弹塑性有限元分析。

步骤1中建立焊接件计算几何模型采用三维cad软件或带有建模功能的cae软件实现。

步骤1中对几何模型进行有限元网格划分后形成*inp文件或*odb文件。

将完成建模的几何模型导入有限元网格剖分软件中，通过有限元网格剖分软件对几何模型进行有限元网格划分，所述的有限元网格剖分软件包括abaqus软件和ansys软件。

步骤2中将*inp文件或*odb文件导入文件格式转化软件后输出*bdf文件，所述的文件格式转化软件包括marc软件。

步骤3中通过设置分析参数对焊缝生死单元进行模拟，所述的分析参数包括焊接工艺参数、母材及焊材热弹塑性本构模型、拘束、焊接热源模型、有限元数值迭代方法、焊枪个数；焊接热弹塑性有限元分析用于获取焊接熔池深度、焊缝周边应力分布状态、焊接件整体焊接变形趋势及数值、焊接残余应力及残余应变数值。

焊接热弹塑性有限元分析后得到的数据用于进行残余应力消减分析。

步骤3中将*bdf文件导入焊接热弹塑性有限元分析软件进行分析参数设置并完成焊接热弹塑性有限元分析，所述的焊接热弹塑性有限元分析软件包括simufact.welding软件和sysweld软件。

该种焊接变形数值模拟快速实现方法能够达到的有益效果为：该方法可快速解决现有商用软件数值建模难度大、焊缝位置网格质量、精度不够高、多层多道弧焊等参数设置难度大、焊接顺序不易设置调整、拘束条件难以控制等难题；通过快速建立焊接件计算几何模型、优化网格尺寸及质量，快速设置焊接电流、电压、材料焊接参数、热源模型、焊接顺序、拘束条件等，快速实现焊接件的焊接变形、应力峰值的准确计算，为焊接变形控制提供理论依据；为焊接工艺参数设计提供可靠保证。该焊接变形数值模拟快速实现方法快速便捷，操作简便，模拟结果准确可靠。

附图说明

图1是本发明焊接变形数值模拟快速实现方法的工作流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种焊接变形数值模拟快速实现方法，具体步骤如下：

步骤1，前处理阶段；采用三维cad软件或带有建模功能的cae软件建立焊接件计算几何模型，将焊接件计算几何模型文件导入有限元网格剖分软件中，通过有限元网格剖分软件对几何模型进行有限元网格划分，几何模型进行有限元网格划分后形成*inp文件或*odb文件。

步骤2，中间转化过渡阶段；将*inp文件或*odb文件导入文件格式转化软件后输出*bdf文件，将完成有限元网格划分的几何模型文件进行格式转化；

步骤3，后处理阶段；将*bdf文件导入焊接热弹塑性有限元分析软件进行焊接热弹塑性有限元分析，在焊接热弹塑性有限元分析软件中设置焊接工艺参数、母材及焊材热弹塑性本构模型、拘束、焊接热源模型、有限元数值迭代方法、焊枪个数等参数，通过设置焊接电流、电压、拘束条件，焊接顺序等工艺参数得焊接件的应力峰值、变形值及变形趋势等，进一步的还能够通过焊接热弹塑性有限元分析获取焊接熔池深度、焊缝周边应力分布状态、焊接件整体焊接变形趋势及数值、焊接残余应力及残余应变数值。

进一步的，焊接热弹塑性有限元分析后得到的数据用于进行残余应力消减分析。

本实施例中，三维cad软件可以选用solidworks、pro/e等软件，带有建模功能的cae软件可以选用abaqus、ansys等软件。

本实施例中，有限元网格剖分软件可以选用abaqus和ansys等软件。

通过任一界面亲和度高的cae前处理软件建立焊接件计算几何模型，能便捷的控制网格质量及网格密度为热弹塑性有限元法的顺利进行提供必要条件。本实施例中采用的有限元网格剖分软件能够将焊接件计算几何模型文件转化为热弹塑性有限元分析软件可识别的文件进行焊接数值模拟，并能将模型信息稳定可靠地保留，而不会出现紊乱。

本实施例中，文件格式转化软件可以选用marc等软件。

本实施例中，焊接热弹塑性有限元分析软件可以选用simufact.welding和sysweld等软件。

通过获取焊接热弹塑性有限元分析结果从而有效的实现对焊接件的焊接变形进行控制并做进一步调整。

进一步的，三维cad软件或带有建模功能的cae软件建立得到焊接件计算几何模型后，可以直接导入hypermesh软件进行网格划分及*bdf文件格式导出；将hypermesh软件导出的*bdf文件导入simufact.welding和sysweld等焊接热弹塑性有限元分析软件中完成焊接热弹塑性有限元分析。

综上，该种焊接变形数值模拟快速实现方法不仅可以用于核电站碳钢、不锈钢等钢结构弧焊施工中，还可以应用在激光焊、点焊、钎焊以及搅拌摩擦焊等领域，并能稳定的实现焊接变形及焊接应力分布情况。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1，前处理阶段；建立焊接件计算几何模型，并对得到的几何模型进行有限元网格划分；

步骤2，中间转化过渡阶段；将完成有限元网格划分的几何模型文件进行格式转化；

步骤3，后处理阶段；进行焊接热弹塑性有限元分析。

2.如权利要求1所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：步骤1中建立焊接件计算几何模型采用三维cad软件或带有建模功能的cae软件实现。

3.如权利要求2所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：步骤1中对几何模型进行有限元网格划分后形成*inp文件或*odb文件。

4.如权利要求2所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：将完成建模的几何模型导入有限元网格剖分软件中，通过有限元网格剖分软件对几何模型进行有限元网格划分，所述的有限元网格剖分软件包括abaqus软件和ansys软件。

5.如权利要求3所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：步骤2中将*inp文件或*odb文件导入文件格式转化软件后输出*bdf文件，所述的文件格式转化软件包括marc软件。

6.如权利要求5所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：步骤3中通过设置分析参数对焊缝生死单元进行模拟，所述的分析参数包括焊接工艺参数、母材及焊材热弹塑性本构模型、拘束、焊接热源模型、有限元数值迭代方法、焊枪个数；焊接热弹塑性有限元分析用于获取焊接熔池深度、焊缝周边应力分布状态、焊接件整体焊接变形趋势及数值、焊接残余应力及残余应变数值。

7.如权利要求6所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：焊接热弹塑性有限元分析后得到的数据用于进行残余应力消减分析。

8.如权利要求6所述的一种焊接变形数值模拟快速实现方法，其特征在于：步骤3中将*bdf文件导入焊接热弹塑性有限元分析软件进行分析参数设置并完成焊接热弹塑性有限元分析，所述的焊接热弹塑性有限元分析软件包括simufact.welding软件和sysweld软件。

技术总结
本发明是一种焊接变形数值模拟快速实现方法，包括步骤1，前处理阶段，建立焊接件计算几何模型；步骤2，中间转化过渡阶段，几何模型文件格式转化；步骤3，后处理阶段，完成焊接热弹塑性有限元分析。通过步骤1将焊接件计算几何模型建立并组装后划分网格保存成*inp文件并将该文件提交至步骤2中进行文件格式的转化，将*inp文件转化成*bdf文件保存并提交至步骤3中进行焊接热弹塑性有限元分析，通过设置焊接电流、电压、拘束条件，焊接顺序，焊枪个数来获得焊接件的应力峰值、变形值及变形趋势等，从而有效的实现对焊接件的焊接变形进行控制并做进一步调整。该方法适用于多种焊接方法，操作简单，经济高效且结果准确可靠。

技术研发人员：陈波涛;王森;程小华;王明涛;王江煜;吴彬
受保护的技术使用者：中国核工业华兴建设有限公司
技术研发日：2021.04.30
技术公布日：2021.07.02