一种卷边接头焊接应力场的模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种卷边接头焊接应力场的模拟方法，应用于焊接领域。公开了一种卷边接头焊接应力场的模拟方法，具体包括：a)定义单元和材料常数；b)建立卷边接头模型及网格划分；c)定义热源模型；d)进行瞬态热分析求解得到温度场云图；e)将上述温度场分析得到的节点的温度作为载荷施加到进行热‑结构转化的单元模型上得到的分析得到应力场。这种方法避免了添加钎料进行焊接时焊料无法和原材料良好的结合形成的焊接不牢易断裂的缺陷。通过调整激光的焊接参数，使焊接处熔融的金属液体在重力与毛吸作用下，沿着焊缝向下流动冷却后形成牢固的焊缝。本发明专利技术应用于焊接领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种卷边接头焊接应力场的模拟方法，应用于焊接领域。
技术介绍
激光焊接技术在工业中应用的历史并不长，但它的发展是非常迅速的。卷边接头是一种常用的焊接接头，根据其结构形式及特点，广泛用于食品工业、容器、传感器等敏感元件的生产中，焊接不良容易产生波浪型焊缝。由于金属中热传导速度很快，高度集中的瞬时热输入在焊接过程中和焊接后将产生相当大的的温度梯度，致使焊件存在十分不均匀、不稳定的温度场，进而导致焊接过程中和焊后出现较大的焊接应力和变形，导致焊接不合格。所以分析卷边接头焊接应力场是非常重要的。本专利介绍了一种卷边接头焊接应力场的模拟方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种准确率较高的基于ANSYS的卷边接头焊接应力场的模拟方法。一种卷边接头焊接应力场的模拟方法按以下步骤实现：第一步：在ANSYS中定义单元和材料常数：单元定义solid70，材料属性包括导热系数，密度，比热容，泊松比，膨胀系数，弹性模量和屈服应力；第二步：建立卷边接头模型及网格划分：通过建立关键点及面得到卷边接头模型。最后划分网格，采用合适的网格进行划分；第三步：建立热源模型：双椭球状热源模型：前半部分热源分布为：后半部分热源分布为：此两式中,a，b，c可取不同的值，它们相互独立，a，b，c为双椭球模型形状参数。式中q(x,y,z,t)为距加热中心任一点的热流密度，x0，y0，z0为激光热源加热斑点中心的坐标。其中Q为热源热功率,Q＝η*U*I,η为焊接热效率。这种模型将前半部分作为一个1/4椭球，后半部分作为另一个1/4椭球。前半部分椭球的能量分数为f1，后部分椭球的能量分数为f2，且f1+f2＝2。第四步：进行求解得到焊件的温度场。在卷边接头焊接处分别加载热源模型，定义边界条件，设置载荷步，写入文件开始求解。随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，同时还存在熔化和相变时的潜热现象。满足方程：式中，c为材料比热容，ρ为材料密度，λ为导热系数，T为温度场分布函数，为内热源，t为传热时间。这些参数都随温度变化。焊接过程有固-液相变，相变时要产生或吸收相变潜热，而相变潜热对温度场的影响是十分显著的。ANSYS处理相变问题采用热焓法，焓的定义为：H＝∫ρc(T)dT式中，H为热焓，ρ为材料密度，T为温度，c(T)为材料的比热容，是温度的函数。分析时可以输入不同温度下的焓值，也可以输入材料密度和比热容，ANSYS会计算相应的焓值。相变膨胀应变可以通过改变热膨胀系数来处理。第五步：进行热-结构的转化，设置约束条件，通过温度场得到应力场。重新进入前处理PREP7，读入温度场模型，将热单元转化为结构单元。设置约束条件，主要是约束焊接构件的自由度，这要根据具体情况而定，然后求解得到应力场。附图说明图1为本专利技术实例卷边接头的焊接位置示意图；图2为本专利技术实例卷边接头的设计模型图；图3为本专利技术实例卷边接头的网格划分示意图；图4为本专利技术实施例在焊接2秒时的温度分布；图5是本专利技术实施例在焊接2秒时的应力分布；图6是本专利技术实施例在焊接200秒时的温度分布；图7是本专利技术实施例在焊接200秒的应力分布；图8是本专利技术实施例在焊接1100秒的温度分布；图9是本专利技术实施例在焊接1100秒的应力分布；图10是本专利技术实施例在焊接1100秒的位移分布。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种卷边接头焊接应力场的模拟方法按以下步骤实现：首先，确定焊接条件，在该实例中，该条件为：焊接电压U＝30V，焊接电流I＝250A，焊接速度为0.01m/s。焊件水平翻边为30mm,垂直翻边为20mm,长度为100mm,厚度为5mm，焊件关于焊缝对称。然后进行以下步骤：第一步：在ANSYS中定义单元和材料常数：单元类型定义为solid70，材料属性包括导热系数，密度，比热容，泊松比，膨胀系数，弹性模量和屈服应力；第二步：建立卷边接头模型及网格划分：通过建立关键点及面得到卷边接头模型。最后划分网格，采用扫掠网格进行划分；第三步：建立热源模型：双椭球状热源模型为：前半部分热源分布为：后半部分热源分布为：此两式中,a，b，c可取不同的值，它们相互独立，a，b，c为双椭球模型形状参数。式中q(x,y,z,t)为距加热中心任一点的热流密度，x0，y0，z0为激光热源加热斑点中心的坐标。其中Q为热源热功率,Q＝η*U*I,η为焊接热效率。在此，η取值为0.7。这种模型将前半部分作为一个1/4椭球，后半部分作为另一个1/4椭球。前半部分椭球的能量分数为f1，后部分椭球的能量分数为f2，且f1+f2＝2。在此取值f1＝0.6，f2＝1.4。第四步：进行求解得到焊件的温度场。在卷边接头焊接处分别加载热源模型，定义边界条件，设置载荷步，开始求解。随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，同时还存在熔化和相变时的潜热现象。满足方程：式中，c为材料比热容，ρ为材料密度，λ为导热系数，T为温度场分布函数，为内热源，t为传热时间。这些参数都随温度变化。第五步：进行热-结构的转化，设置约束条件，通过温度场得到应力场。先由热单元转为结构单元，设置分析类型及选项，对图1卷边接头的4个顶点(1,2,3,4)设置Y方向和Z方向的位移约束(UY和UZ)，输入命令流，开始求解。经过后处理，得到卷边接头的应力场分布。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卷边接头焊接应力场的模拟方法，其特征在于按以下步骤实现：第一步：定义单元和材料常数；第二步：建立卷边接头模型及网格划分：通过建立关键点及面得到卷边接头模型形成II型焊缝，最后划分网格，采用合适的网格进行划分；第三步：建立热源模型：选择热源模型，并对其修改满足实际条件；第四步：在卷边接头焊接处加载热源，再定义边界条件，设置载荷步，开始求解得到焊件的温度场；第五步：进行热‑结构的转化，设置约束条件，通过温度场得到应力场。

【技术特征摘要】
1.一种卷边接头焊接应力场的模拟方法，其特征在于按以下步骤实现：第一步：定义单元和材料常数；第二步：建立卷边接头模型及网格划分：通过建立关键点及面得到卷边接头模型形成II型焊缝，最后划分网格，采用合适的网格进行划分；第三步：建立热源模型：选择热源模型，并对其修改满足实际条件；第四步：在卷边...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔永强，胡永达，包生祥，罗川，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51