超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法技术

本发明专利技术公开一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，包括以下步骤：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件建立三维实体模型，三维实体模型主要包括两个，其中一个为实际模型，命名为Part‑A，另一个为局部焊缝放大模型，命名为Part‑B；将Part‑A和Part‑B分别以.x_t文件格式导出，并将Part‑A和Part‑B导入到ABAQUS的同一个Models中；在草图模块绘制筋板的布置图，建立筋板拉伸Part‑C；将Part‑A在Part模块中复制并采用删除面的方法删除插入管，得到Part‑A‑1；对重点研究区域选择合适的位置分割等等。本发明专利技术通过有限元的手段提供一种考虑焊接过程局部热处理的加固方案建模及网格划分方法，对此类超大容器的结构完整性具有重要意义。

Modeling and meshing method for local heat treatment reinforcement of super large pressure vessel

The invention discloses a modeling and meshing method for local heat treatment reinforcement of super-large pressure vessel, which includes the following steps: analyzing the simulated object, establishing a three-dimensional solid model by using three-dimensional modeling software, and the three-dimensional solid model mainly includes two parts, one is a practical model, named Part A, the other is a local weld enlargement model, named Part B; T_A and Part_B are exported in. x_t file format respectively, and Part_A and Part_B are imported into the same Models of ABAQUS; the layout of stiffeners is drawn in sketch module, and the stretching part_C of stiffeners is established; Part_A is copied in Part module and inserted tube is deleted by deleting surface method, and Part_A_1 is obtained; the appropriate location segmentation of key research areas is selected, etc. By means of finite element method, the present invention provides a method for modeling and meshing reinforcement schemes considering local heat treatment in welding process, which is of great significance to the structural integrity of such super-large vessels.

【技术实现步骤摘要】
超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法
本专利技术属于焊接数值模拟
，具体地说是涉及一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法。
技术介绍
压力容器是流程工业的核心设备，广泛应用于核电、石油化工、航空航天、医药生产等领域，并不断地向高温、高压、超壁厚、大型化发展。超大的、大壁厚的压力容器在焊接制造过程中不可避免的产生残余应力，为消除残余应力必须进行焊后热处理，焊后热处理能有效的降低接头焊接残余应力，对确保压力容器安全运行具有重要的意义。由于设备整体太大，不能进行整体热处理。采取局部焊后热处理是一个相对可行的方案，ASMEB&PV规范第Ⅲ卷核设施部件建造规则NE分卷的要求，当对容器采取局部焊后热处理时，沿容器整个圆周加热一个环形带。然而，对于超大直径的筒体，筒体全圆周加热一个环形带所需电功率过大，使得实施操作难度增大。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术提供一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，该方法通过有限元的手段提供一种考虑焊接过程局部热处理的加固方案，对此类超大容器的结构完整性具有重要意义。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，包括以下步骤：步骤1：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件建立三维实体模型，三维实体模型主要包括两个，其中一个为实际模型，命名为Part-A，另一个为局部焊缝放大模型，命名为Part-B；将Part-A和Part-B分别以.x_t文件格式导出，并将Part-A和Part-B导入到ABAQUS的同一个Models中；步骤2：在草图模块绘制筋板的布置图，建立筋板拉伸Part-C；步骤3：将Part-A在Part模块中复制并采用删除面的方法删除插入管，得到Part-A-1；在装配模块中进行布尔运算，用Part-A-1去切Part-C，得到有缺口的阵列筋板Part-C-1，并将多余部分删去；步骤4：在部件模块中复制两个Part-B，采用删除面的方法分别创建Part-B-1和Part-B-2；步骤5:在装配模块中添加Part-B-1，将阵列筋板Part-C-1朝向筒体轴线的方向平移较小的距离，进行布尔运算，用Part-B-1去切Part-C-1，得到新的阵列筋板Part-C-2；步骤6：在装配模块中重新添加Part-B-1，将Part-B-1和Part-C-2进行合并，几何相交边界选择保持，得到Part-D；步骤7：建立壳单元Part-E，在装配模块中用Part-E去切Part-D，得到Part-F；在部件模块中，按照筋板高度的要求对每块筋板进行切块，并采用删除面的方法删除筋板两侧及上部多余的块；步骤8：在装配模块中添加Part-B-2，将Part-F和Part-B-2进行合并，几何相交边界选择删除，得到Part-G完成建模工作；步骤9：对整个模型进行分区切出重点研究的区域，建立一个拉伸壳单元Part，该壳单元的截面形状和加热带的形状一致，在装配模块进行布尔运算，切出加热带区域；步骤10：对重点研究区域选择合适的位置分割，能够达到的效果是通过隐藏与显示功能看到焊缝截面，且对后续画网格不会产生不利影响；步骤11：只显示能看到焊缝界面的实体，选择拆分面：使用两点间的最短路径将焊缝两侧的焊趾分别连线，选择拆分几何元素：使用N边分片将焊缝和母材分开，上述焊缝包括部分母材，之后的描述采用Weld，此时Weld至少分为两段，用筋板两侧面切割与筋板相连的筒体；此步骤完成对模型的切块，即模型的颜色为黄色或者绿色，不能出现棕色；步骤12：选择合适位置Weld其中一段，选择拆分面：草图对Weld截面进行草图绘制，实际绘制参考实际焊道形貌；步骤13：按照模型尺寸和焊缝尺寸确定整体种子，只显示步骤12的Weld进行局部网格种子布置，除重点研究的区域之外的块也设置局部网格种子，网格稀疏，能够满足计算精度即可；步骤14：网格为六面体网格，将焊缝及邻近焊缝的实体设置为扫掠网格，从设置局部种子的Weld的实体开始，按照顺时针或逆时针的顺序进行画网格，网格划分失败可以检查扫掠方向是否正确，按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分，画焊缝的原则也遵循；步骤15：按照上述原则及方法，完成整个模型网格的划分；并对网格质量进行检查，网格质量不存在错误且警告值小于10％时所画网格合格。优选的，步骤2中：筋板的长度比所需要的长度长。优选的，步骤4中：创建Part-B-1时，删除插入管；创建Part-B-2时，只保留插入管。优选的，步骤5中：所述平移距离为0.01mm。优选的，步骤7中：壳单元Part-E是为了进一步得到所需长度的筋板。优选的，步骤14中，画网格的顺序为：先画焊缝及邻近焊缝的区域，由内而外按顺序进行；之后对其他区域进行划分，建议筋板网格最后划分。本专利技术的有益技术效果是：本专利技术所采用的利用有限元软件建模功能，相比三维造型软件Solidworks、Pro/E、3DSMax等较弱，但是结合两者的特点和优点配合建模能够很容易的完成复杂模型的建模。本专利技术所采用的利用三维造型软件配合有限元软件建模方法，对复杂模型的网格处理较强，能很容易的实现多层多道焊的模拟，尤其对于具有大尺度焊接接头的完整结构的压力容器，从而增加了焊接模拟的应用范围。本专利技术通过有限元的手段提供一种考虑焊接过程局部热处理的加固方案，对此类超大容器的结构完整性具有重要意义。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明：图1为根据本专利技术实施示例1的模型图Part-A和Part-A-1；图2为根据本专利技术实施示例1的模型图Part-B、Part-B-1和Part-B-2。图3为根据本专利技术实施示例1的模型切块图；图4为根据本专利技术实施示例1的具体网格图；图5为根据本专利技术实施示例2的模型切块图；图6为根据本专利技术实施示例2的具体网格图。具体实施方式本专利技术提供的一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，包括如下具体实施步骤：步骤1：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件Solidworks等建立三维实体模型，三维模型主要包括两个，其中一个为实际模型，命名为Part-A。另一个为局部焊缝放大模型，命名为Part-B。将Part-A和Part-B分别以.x_t文件格式导出，并将Part-A和Part-B导入到ABAQUS的同一个Models中。步骤2：在草图模块绘制筋板的布置图，筋板的长度尽量比所需要的长度长一点，便于画出高质量的网格。建立筋板拉伸Part-C。步骤3：将Part-A在部件模块中复制并采用删除面的方法删除插入管，得到Part-A-1。在装配模块中进行布尔运算，用Part-A-1去切Part-C，得到有缺口的阵列筋板Part-C-1，并将多余部分删去。步骤4：在部件模块中复制两个Part-B，采用删除面的方法分别创建Part-B-1(删除插入管)和Part-B-2(只保留插入管)。目的是为了防止后续建模过程对筋板“切伤”，产生多余的线，影响网格质量。步骤5：在装配模块中添加Part-B-1，将阵列筋板Part-C-1朝向筒体轴线的方向平移较小的距离(例如0.01mm)，进行布尔运算，用Part-B-1去切Part-C-1，得到新的阵列筋板Part-C-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件建立三维实体模型，三维实体模型主要包括两个，其中一个为实际模型，命名为Part‑A，另一个为局部焊缝放大模型，命名为Part‑B；将Part‑A和Part‑B分别以.x_t文件格式导出，并将Part‑A和Part‑B导入到ABAQUS的同一个Models中；步骤2：在草图模块绘制筋板的布置图，建立筋板拉伸Part‑C；步骤3：将Part‑A在部件模块中复制并采用删除面的方法删除插入管，得到Part‑A‑1；在装配模块中进行布尔运算，用Part‑A‑1去切Part‑C，得到有缺口的阵列筋板Part‑C‑1，并将多余部分删去；步骤4：在部件模块中复制两个Part‑B，采用删除面的方法分别创建Part‑B‑1和Part‑B‑2；步骤5:在装配模块中添加Part‑B‑1，将阵列筋板Part‑C‑1朝向筒体轴线的方向平移较小的距离，进行布尔运算，用Part‑B‑1去切Part‑C‑1，得到新的阵列筋板Part‑C‑2；步骤6：在装配模块中重新添加Part‑B‑1，将Part‑B‑1和Part‑C‑2进行合并，几何相交边界选择保持，得到Part‑D；步骤7：建立壳单元Part‑E，在装配模块中用Part‑E去切Part‑D，得到Part‑F；在部件模块中，按照筋板高度的要求对每块筋板进行切块，并采用删除面的方法删除筋板两侧及上部多余的块；步骤8：在装配模块中添加Part‑B‑2，将Part‑F和Part‑B‑2进行合并，几何相交边界选择删除，得到Part‑G完成建模工作；步骤9：对整个模型进行分区切出重点研究的区域，建立一个拉伸壳单元Part，该壳单元的截面形状和加热带的形状一致，在装配模块中进行布尔运算，切出加热带区域；步骤10：对重点研究区域选择合适的位置分割，能够达到的效果是通过隐藏与显示功能看到焊缝截面，且对后续画网格不会产生不利影响；步骤11：只显示能看到焊缝界面的实体，选择拆分面：使用两点间的最短路径将焊缝两侧的焊趾分别连线，选择拆分几何元素：使用N边分片将焊缝和母材分开，上述焊缝包括部分母材，之后的描述采用Weld，此时Weld至少分为两段，用筋板两侧面切割与筋板相连的筒体；此步骤完成对模型的切块，即模型的颜色为黄色或者绿色，不能出现棕色；步骤12：选择合适位置Weld其中一段，选择拆分面：草图对Weld截面进行草图绘制，实际绘制参考实际焊道形貌；步骤13：按照模型尺寸和焊缝尺寸确定整体种子，只显示步骤12的Weld进行局部网格种子布置，除重点研究的区域之外的块也设置局部网格种子，网格稀疏，能够满足计算精度即可；步骤14：网格为六面体网格，将焊缝及邻近焊缝的实体设置为扫掠网格，从设置局部种子的Weld的实体开始，按照顺时针或逆时针的顺序进行画网格，网格划分失败可以检查扫掠方向是否正确，按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分，画焊缝的原则也遵循；步骤15：按照上述原则及方法，完成整个模型网格的划分；并对网格质量进行检查，网格质量不存在错误且警告值小于10％时所画网格合格。...

【技术特征摘要】
1.一种超大型压力容器局部热处理加固建模及网格划分方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件建立三维实体模型，三维实体模型主要包括两个，其中一个为实际模型，命名为Part-A，另一个为局部焊缝放大模型，命名为Part-B；将Part-A和Part-B分别以.x_t文件格式导出，并将Part-A和Part-B导入到ABAQUS的同一个Models中；步骤2：在草图模块绘制筋板的布置图，建立筋板拉伸Part-C；步骤3：将Part-A在部件模块中复制并采用删除面的方法删除插入管，得到Part-A-1；在装配模块中进行布尔运算，用Part-A-1去切Part-C，得到有缺口的阵列筋板Part-C-1，并将多余部分删去；步骤4：在部件模块中复制两个Part-B，采用删除面的方法分别创建Part-B-1和Part-B-2；步骤5:在装配模块中添加Part-B-1，将阵列筋板Part-C-1朝向筒体轴线的方向平移较小的距离，进行布尔运算，用Part-B-1去切Part-C-1，得到新的阵列筋板Part-C-2；步骤6：在装配模块中重新添加Part-B-1，将Part-B-1和Part-C-2进行合并，几何相交边界选择保持，得到Part-D；步骤7：建立壳单元Part-E，在装配模块中用Part-E去切Part-D，得到Part-F；在部件模块中，按照筋板高度的要求对每块筋板进行切块，并采用删除面的方法删除筋板两侧及上部多余的块；步骤8：在装配模块中添加Part-B-2，将Part-F和Part-B-2进行合并，几何相交边界选择删除，得到Part-G完成建模工作；步骤9：对整个模型进行分区切出重点研究的区域，建立一个拉伸壳单元Part，该壳单元的截面形状和加热带的形状一致，在装配模块中进行布尔运算，切出加热带区域；步骤10：对重点研究区域选择合适的位置分割，能够达到的效果是通过隐藏与显示功能看到焊缝截面，且对后续画网格不会产生不利影响；步骤11：只显示能看到焊缝界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，金强，罗云，万娱，涂善东，王成才，杨中伟，任林昌，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37