一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术属于焊缝晶粒形核生长的仿真技术领域，公开了一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统，焊缝晶粒形核生长的仿真系统包括：晶粒形核参数采集模块、数据导入模块、主控模块、数据校正模块、建模模块、数值模拟模块、云计算模块、显示模块。本发明专利技术通过建模模块能够用于建立包含多种晶体的焊缝组织有限元模型，用于模拟混合晶区组织的材料力学性能，实现跨尺寸模拟与仿真，节约成本，采用本发明专利技术建立的混合晶区有限元模型，大大提高模型精度；同时，通过数值模拟模块简化合金焊接熔池凝固条件；建立合金焊接熔池柱状枝晶及等轴晶形核模型；定义捕获规则；建立合金焊接熔池柱状枝晶、等轴晶生长模型；大大提高模拟准确性。

A simulation method and system of weld grain nucleation and growth

【技术实现步骤摘要】
一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统
本专利技术属于焊缝晶粒形核生长的仿真
，尤其涉及一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统。
技术介绍
焊缝(weldedseam)利用焊接热源的高温，将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝。焊缝金属冷却后，即将两个焊件连接成整体。焊缝晶粒的大小、形态及分布决定和影响着焊件整体性能。然而，现有焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统对晶粒构建模型精度不高；同时，对焊缝晶粒形核数据模拟不准确。综上所述，现有技术存在的问题是：现有焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统对晶粒构建模型精度不高；同时，对焊缝晶粒形核数据模拟不准确。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法，包括以下步骤：步骤一，通过模拟程序简化合金焊接熔池凝固条件1、条件2、条件3、条件4、条件5、条件6；所述简化条件1包括整个凝固过程只存在液相、固相和界面三种元胞状态；简化条件2包括元胞邻域关系采用四邻域；简化条件3包括合金凝固过程中设定溶质组元为B和C，忽略溶质之间的互扩散；简化条件4包括焊接熔池近似为对称分布，为了节省计算时间，只考虑一半焊接熔池的凝固。简化条件5包括将熔池理想化为四分之一椭圆，椭圆内部定义为液态金属，外部依距离定义为热影响区或母材；简化条件6包括熔池中任意元胞到熔池中心的距离R由简化条件5得出：式中：(i,j)为任意元胞的坐标，(s,s)为熔池中心的坐标；步骤二，利用步骤一简化后的合金焊接熔池，建立合金焊接熔池柱状枝晶及等轴晶形核模型；并进行定义捕获规则；建立合金焊接熔池柱状枝晶、等轴晶生长模型；模拟计算及结果导出；步骤三，对步骤二模拟计算的结果，利用模拟程序模拟焊缝晶粒形核生长；并通过计算程序选取一定尺寸的实际焊缝区，获得熔化区、热影响区和母材区的尺寸以及熔化区内的柱状晶、等轴晶平均晶粒度、热影响区和母材区内的等轴晶的平均晶粒度，并以此计算熔合区内的柱状晶数量x1，等轴晶数量x2、热影响区内的等轴晶数量y和母材区内的等轴晶数量z；步骤四，在MATLAB中选择尺寸比例与实际焊缝区比例相同的区域作为模拟焊缝区，按照实际比例将模拟焊缝区沿横向依次分为模拟熔化区、模拟热影响区和模拟母材区；步骤五，分别在步骤四的模拟熔合区内随机生成(x1+x2)个横坐标间距大于纵坐标间距的坐标点，在模拟热影响区和模拟母材区内分别随机生成y、z个坐标点，将所有坐标点的坐标导出；步骤六，在MATLAB中读取导出的点坐标，采用泰森多边形法以点坐标作为晶粒中心坐标得到混合晶区的物理模型，将晶界交点坐标导出；步骤七，在有限元模拟软件中读取晶界交点坐标，得到混合晶区的有限元模型。进一步，步骤一前需进行：通过晶粒形核参数采集模块采集焊缝晶粒形核参数；通过数据导入模块利用导入程序将焊缝晶粒形核参数导入主控模块。进一步，步骤一前还需进行：主控模块通过数据校正模块利用校正程序对采集的焊缝晶粒形核参数进行校正。进一步，所述步骤三中特定区域内等轴晶数量P的计算方法为：其中，S为对应区域的面积，a为对应区域内等轴晶的晶粒度。进一步，步骤七后需进行：通过云计算模块利用云服务器应用云计算程序对焊缝晶粒形核数据进行处理。进一步，步骤七后需进行：通过显示模块利用显示器显示采集的焊缝晶粒形核参数、模型、模拟结果。本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法的焊缝晶粒形核生长的仿真系统，所述焊缝晶粒形核生长的仿真系统包括：晶粒形核参数采集模块、数据导入模块、主控模块、数据校正模块、建模模块、数值模拟模块、云计算模块、显示模块；晶粒形核参数采集模块，与数据导入模块连接，用于采集焊缝晶粒形核参数；数据导入模块，与晶粒形核参数采集模块、主控模块连接，用于通过导入程序将焊缝晶粒形核参数导入主控模块；主控模块，与数据导入模块、数据校正模块、建模模块、数值模拟模块、云计算模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；数据校正模块，与主控模块连接，用于通过校正程序对采集的焊缝晶粒形核参数进行校正；建模模块，与主控模块连接，用于通过建模程序构建焊缝晶粒形核模型；数值模拟模块，与主控模块连接，用于通过模拟程序模拟焊缝晶粒形核生长；云计算模块，与主控模块连接，用于通过云服务器应用云计算程序对焊缝晶粒形核数据进行处理。进一步，所述的焊缝晶粒形核生长的仿真系统进一步包括：显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示采集的焊缝晶粒形核参数、模型、模拟结果。本专利技术另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法。本专利技术另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法。本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术通过建模模块能够用于建立包含多种晶体的焊缝组织有限元模型，用于模拟混合晶区组织的材料力学性能，实现跨尺寸模拟与仿真，且不需要大型试验设备，节约成本，采用本专利技术建立的混合晶区有限元模型，对柱状晶和等轴晶分别赋予了不同的材料参数，大大提高模型精度；同时，通过数值模拟模块简化合金焊接熔池凝固条件；建立合金焊接熔池柱状枝晶、等轴晶形核模型；定义捕获规则；建立合金焊接熔池柱状枝晶、等轴晶生长模型；大大提高模拟准确性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的焊缝晶粒形核生长的仿真方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的焊缝晶粒形核生长的仿真系统结构框图。图2中：1、晶粒形核参数采集模块；2、数据导入模块；3、主控模块；4、数据校正模块；5、建模模块；6、数值模拟模块；7、云计算模块；8、显示模块。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。下面结合附图对本专利技术的结构作详细的描述。如图1所示，本专利技术提供的焊缝晶粒形核生长的仿真方法包括以下步骤：S101，通过晶粒形核参数采集模块采集焊缝晶粒形核参数；通过数据导入模块利用导入程序将焊缝晶粒形核参数导入主控模块。S102，主控模块通过数据校正模块利用校正程序对采集的焊缝晶粒形核参数进行校正。S103，通过建模模块利用建模程序构建焊缝晶粒形核模型。S104，通过数值模拟模块利用模拟程序模拟焊缝晶粒形核生长。S105，通过云计算模块利用云服务器应用云计算程序对焊缝晶粒形核数据进行处理。S106，通过显示模块利用显示器显示采集的焊缝晶粒形核参数、模型、模拟结果。如图2所示，本专利技术实施例提供的焊缝晶粒形核生长的仿真系统包括：晶粒形核参数采集模块1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法，其特征在于，所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法包括以下步骤：/n步骤一，通过模拟程序简化合金焊接熔池凝固条件1、条件2、条件3、条件4、条件5、条件6；所述简化条件1包括整个凝固过程只存在液相、固相和界面三种元胞状态；/n简化条件2包括元胞邻域关系采用四邻域；/n简化条件3包括合金凝固过程中设定溶质组元为B和C，忽略溶质之间的互扩散；/n简化条件4包括焊接熔池近似为对称分布，为了节省计算时间，只考虑一半焊接熔池的凝固。/n简化条件5包括将熔池理想化为四分之一椭圆，椭圆内部定义为液态金属，外部依距离定义为热影响区或母材；/n简化条件6包括熔池中任意元胞到熔池中心的距离R由简化条件5得出：/n

【技术特征摘要】
1.一种焊缝晶粒形核生长的仿真方法，其特征在于，所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法包括以下步骤：
步骤一，通过模拟程序简化合金焊接熔池凝固条件1、条件2、条件3、条件4、条件5、条件6；所述简化条件1包括整个凝固过程只存在液相、固相和界面三种元胞状态；
简化条件2包括元胞邻域关系采用四邻域；
简化条件3包括合金凝固过程中设定溶质组元为B和C，忽略溶质之间的互扩散；
简化条件4包括焊接熔池近似为对称分布，为了节省计算时间，只考虑一半焊接熔池的凝固。
简化条件5包括将熔池理想化为四分之一椭圆，椭圆内部定义为液态金属，外部依距离定义为热影响区或母材；
简化条件6包括熔池中任意元胞到熔池中心的距离R由简化条件5得出：

式中：(i,j)为任意元胞的坐标，(s,s)为熔池中心的坐标；
步骤二，利用步骤一简化后的合金焊接熔池，建立合金焊接熔池柱状枝晶及等轴晶形核模型；并进行定义捕获规则；建立合金焊接熔池柱状枝晶、等轴晶生长模型；模拟计算及结果导出；
步骤三，对步骤二模拟计算的结果，利用模拟程序模拟焊缝晶粒形核生长；并通过计算程序选取一定尺寸的实际焊缝区，获得熔化区、热影响区和母材区的尺寸以及熔化区内的柱状晶、等轴晶平均晶粒度、热影响区和母材区内的等轴晶的平均晶粒度，并以此计算熔合区内的柱状晶数量x1，等轴晶数量x2、热影响区内的等轴晶数量y和母材区内的等轴晶数量z；
步骤四，在MATLAB中选择尺寸比例与实际焊缝区比例相同的区域作为模拟焊缝区，按照实际比例将模拟焊缝区沿横向依次分为模拟熔化区、模拟热影响区和模拟母材区；
步骤五，分别在步骤四的模拟熔合区内随机生成(x1+x2)个横坐标间距大于纵坐标间距的坐标点，在模拟热影响区和模拟母材区内分别随机生成y、z个坐标点，将所有坐标点的坐标导出；
步骤六，在MATLAB中读取导出的点坐标，采用泰森多边形法以点坐标作为晶粒中心坐标得到混合晶区的物理模型，将晶界交点坐标导出；
步骤七，在有限元模拟软件中读取晶界交点坐标，得到混合晶区的有限元模型。


2.如权利要求1所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法，其特征在于，步骤一前需进行：通过晶粒形核参数采集模块采集焊缝晶粒形核参数；通过数据导入模块利用导入程序将焊缝晶粒形核参数导入主控模块。


3.如权利要求1所述焊缝晶粒形核生长的仿真方法，其特征在于，步骤一前还需进行：主控模块通过数据校...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21