一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，包括如下步骤：S1：建立焊接实体几何模型，采用网格划分软件对其进行建模及四面体网格划分；S2：初始化计算域温度、压力、速度条件，并设置时间步长Δt0；S3：设定边界条件；S4：离散化求解温度场及S3中所述边界条件；S5：确定流动区域，处理和修正反冲压力边界条件，求解流动场；S6：处理自由界面速度边界条件并更新自由表面Level Set函数；S7：更新时间步长直至计算结束，并存盘退出。不仅弥补了水深高压环境下的激光焊接数值模拟过程的空白，并且分析金属蒸发时的蒸发反作用力、还有随水深增加压力逐渐增大以及由于水而带来的能量损失，为水深压力下的局部干法水下焊接提供理论依据。

A numerical simulation method of local dry underwater laser welding under different water depths and pressures

The invention discloses a numerical simulation method of local dry underwater laser welding under different water depths and pressures, which includes the following steps: S1: establishing geometric model of welding entity, modeling and tetrahedral meshing with meshing software; S2: initializing temperature, pressure and velocity conditions of calculation domain, and setting time step t0; S3: setting boundary conditions; S4: discretization; Solve the temperature field and the boundary conditions mentioned in S3; S5: determine the flow area, process and modify the boundary conditions of back punching force to solve the flow field; S6: deal with the velocity boundary conditions of free interface and update the Level Set function of free surface; S7: update the time step until the end of calculation, and withdraw from the inventory. It not only makes up for the blank of numerical simulation of laser welding in deep and high pressure environment, but also analyses the evaporation reaction force of metal evaporation, pressure increasing gradually with the increase of water depth and energy loss caused by water, which provides theoretical basis for local dry underwater welding under water depth pressure.

【技术实现步骤摘要】
一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法
本专利技术属于水下激光焊接
，更具体地，涉及一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法。
技术介绍
随着人类对海洋的认识不断加深，走向深海大洋、探测深海环境和获取深海能源对未来国家能源战略开发至关重要。深海或称深水,通常由深海相关行业根据行业特点和技术水平做出定义。军事领域将深海定义为水深300m以上的海洋；海洋工程领域将水深300m以上定义为常规深水,水深1500m以上定义为超深水。近年来，陆上油气资源及近海油气资源正在逐渐减少甚至枯竭,世界先进国家都将油气资源的开发重点投向了深海乃至超深海。深海能源的前景十分诱人，但深海能源的开采区域位于大洋深处,远离大陆,往往面临高压、严寒、湿度、内波等恶劣的自然环境。相对于陆地来说,深海开发具有高投入、高技术、高风险的特点。水下激光焊接作为一种新型的自动化生产工艺，具有能量密度高、热量集中、热输入大、热影响区窄、冷却速率快、自动化程度高等诸多优点，是深海恶劣环境下的理想焊接方法，在水下矿产开发、海底油气管道、大型设备、甚至绿色核电设施的建设与维修等领域具有广阔的应用前景。然而水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立焊接实体几何模型，采用网格划分软件对其进行建模及四面体网格划分，获得激光焊接数值模拟模型；S2：初始化计算域温度、压力、速度条件，并设置时间步长Δt0；S3：设定边界条件，所述边界条件包括压力入口、压力出口和流体域；S4：离散化求解温度场及S3中所述边界条件；S5：确定流动区域，处理和修正反冲压力边界条件，求解流动场，包括如下步骤：S51：在开始数值分析前，定义反冲压力模型；S52：建立焊接过程中所述反冲压力模型的修正模型；S6：基于所述反冲压力模型及其修正模型，处理自由界面速度边界条件并更新自由表面L...

【技术特征摘要】
1.一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立焊接实体几何模型，采用网格划分软件对其进行建模及四面体网格划分，获得激光焊接数值模拟模型；S2：初始化计算域温度、压力、速度条件，并设置时间步长Δt0；S3：设定边界条件，所述边界条件包括压力入口、压力出口和流体域；S4：离散化求解温度场及S3中所述边界条件；S5：确定流动区域，处理和修正反冲压力边界条件，求解流动场，包括如下步骤：S51：在开始数值分析前，定义反冲压力模型；S52：建立焊接过程中所述反冲压力模型的修正模型；S6：基于所述反冲压力模型及其修正模型，处理自由界面速度边界条件并更新自由表面LevelSet函数；S7：更新时间步长直至计算结束，并存盘退出。2.根据权利要求1所述的一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S51中环境压力远小于反冲压力，则所述反冲压力可用下列公式表示：式中，Pr表示反冲压力；Ts表示焊接过程的表面温度，是一个变量；p0表示一个标准大气压，其值为1.013×105Pa；Tv表示材料在标准大气压下的沸点；系数βR表示再凝结颗粒与蒸发颗粒的比值；ΔHv表示蒸发汽化过程中的相变焓，其值等于每个原子的原子质量与蒸发潜热的乘积；kB表示波尔兹曼常数，其值为1.38×10-23J/K。3.根据权利要求1或2所述的一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S52中，对于任意给定深度的环境压力Pamb，所述修正模型可用下列公式表示：式中，Ps表示修正反冲压力；Ts表示焊接过程的表面温度，是一个变量；Pamb表示任意给定深度的环境压力；p0表示一个标准大气压，其值为1.013×105Pa；Tv表示材料在标准大气压下的沸点；系数βR表示再凝结颗粒与蒸发颗粒的比值；ΔHv表示蒸发汽化过程中的相变焓，其值等于每个原子的原子质量与蒸发潜热的乘积；kB表示波尔兹曼常数，其值为1.38×10-23J/K；Tvb为相交点的温度。4.根据权利要求1或2所述的一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞盛永，李权洪，罗曼乐兰，母中彦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42