基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法，针对现有焊缝形貌数值模拟方法预测效率低的问题，本发明专利技术基于快速傅里叶变换求解焊缝形成过程中的传热和流动方程，从而实现对焊缝形貌变化过程的高效预测。首先，定义初始焊缝形貌函数并输入焊接参数；其次，基于快速傅里叶变换求解焊接传热和流动方程；进而，更新焊缝形貌函数的运动方程；最后，输出新的焊缝形貌函数并提取新的焊缝形貌及特征参数。与现有焊缝形貌数值模拟方法相比，本发明专利技术可有效提高焊缝预测效率几十、几百甚至几千倍，并支持无限并行加速比，其计算效率和计算精度远高于现有方法。

【技术实现步骤摘要】
基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法
本专利技术涉及一种基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法，其属于焊缝形貌预测方法领域。
技术介绍
焊缝形貌是决定焊接成形质量和生产效率的关键因素。准确的预测焊缝形貌，对于焊接应力变形分析、焊接冶金分析、焊接工艺设计及优化等具有重要的理论价值和工程意义。目前焊缝形貌预测主要采用数值模拟方法(张海泉,张彦华,赵海燕,等.镍基高温合金电子束焊缝形貌预测模型及其验证[J].航空材料学报,2004(05):24-28)。此类方法基于数值算法求解焊缝形成过程中的传热、流动及自由表面演化等方程，进而实现对焊缝形貌变化过程的有效预测。然而现有的焊缝形貌数值模拟方法普遍采用松弛法(如点松弛、线松弛)、共轭梯度法、SIMPLE(Semi-ImplicitMethodforPressureLinkedEquations，压力耦合方程组的半隐式方法)等迭代算法求解传热和流动方程(肖攀,苗志飞,钱勇,等.基于ANSYS的钛合金电子束焊缝形貌预测及验证[J].机械制造文摘:焊接分册,2011(05):33本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n第一步：定义初始焊缝形貌函数H；/n第二步：输入焊接参数；/n第三步：求解初始焊缝形貌函数H变化过程，该过程由焊缝形貌函数H运动方程控制：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：定义初始焊缝形貌函数H；
第二步：输入焊接参数；
第三步：求解初始焊缝形貌函数H变化过程，该过程由焊缝形貌函数H运动方程控制：



其中，为偏微分算子，t为焊接时间，H为初始焊缝形貌函数，为梯度算子，为熔池流动速度，其求解过程如下：
(1)基于快速傅里叶变换求解焊接传热方程，将焊接传热方程转换为以下形式：



其中，·为散度算子，λg为气相热导率，为梯度算子，T为熔池温度，h’为热传导项Dh、能量源项Sh以及非常数项之和；
对公式(2)的h’求解，获得熔池温度T；
(2)在获得熔池温度T后，计算焊接时熔池的内力源
(3)在获得内力源后，基于快速傅里叶变换进一步求解焊接流动方程，并将焊接流动方程转换为以下形式：



其中，·为散度算子，ρg为气相密度，为梯度算子，p为熔池压力，f’为对流项Au、扩散项Du、源项Su和非常数项之和；
对公式(3)的f’求解，获得熔池压力p；
(4)得到熔池压力p后，代入焊接流动方程中，即可获得熔池流动速度
第四步：输出新的焊缝形貌函数H’并绘制分布图
根据求解得到的初始焊缝形貌函数H变化过程，输出新的焊缝形貌函数H’，并绘制焊缝形貌函数的分布云图；
第五步：提取新的焊缝形貌及特征参数
根据新的焊缝形貌函数H’分布图，提取新的焊缝形貌以及特征参数。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，以双曲正切函数作为初始焊缝形貌函数H，初始焊缝形貌定义为双曲正切函数的0.5等值面。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，焊接参...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱龙根，胡月，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32