本申请提供了一种基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法，包括：在焊件表面设置温度检测点；将每个温度检测点的实际温度场整理成编号和时间的形式；在有限元分析软件中建立与焊件相同的焊件模型，同时将焊件模型的热力学材料参数定义为温度的形式；并利用有限元分析元件求解出焊件模型表面的模拟温度场；比较模拟温度场和实际温度场，如果在同一时刻两者的温差不超过预定值，则证明该模拟温度场有效；如果在同一时刻两者的温差大于预定值，则调整热源公式中的输出热效率，同时调整焊件模型的热力学材料参数，直到两者在同一时刻的温差不超过预定值。本申请的方法可以准确地模拟复杂焊接工艺以及复杂焊接构件的全过程温度场变化情况。过程温度场变化情况。过程温度场变化情况。
【技术实现步骤摘要】
基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法
[0001]本申请涉及焊接温度场分析
，具体而言，涉及一种基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法。
技术介绍
[0002]现有的焊接温度场的分析方法对实际情况进行了过多的简化，从而导致温度场仅在几个点上符合实际情况，很难对整体焊件温度场的变化情况进行评估。例如以下几种简化情况：获取的温度场仅仅是某个点在某一时间段的温度值；在有限元建模中大大简化焊道的焊接过程，不考虑每层焊道的焊接方向甚至将多层焊道合并为一层焊道进行建模；对热源子程序参数进行简化处理，其中的电流电压按照某一定值施加，忽略了两者关于时间的变化情况。
[0003]现有的温度场分析方法比较适用于简单构件的焊接方式，比如平板对接接头焊接、平板T型接头焊接的形式，但对于一些复杂结构的焊接情况，比如相贯节点的焊接形式，就很难用传统方法去获取相应的温度场变化情况，从而导致后续残余应力的分析不准确的情况。
技术实现思路
[0004]本申请的主要目的在于提供一种基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法，可以准确地模拟复杂焊接工艺以及复杂焊接构件的全过程温度场变化情况。
[0005]为了实现上述目的，本申请提供了一种基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法，包括：步骤S1：在焊件表面设置温度检测点，对所述焊件上的所述温度检测点进行编号，并依次标识为整数n，其中n≥1；步骤S2：对所述焊件进行焊接，将每个所述温度检测点的实际温度场T0（n，t）整理成编号n和时间t的形式，并将焊接过程中的焊接方向M（t）、焊接层数N（t）、焊接电流A（t）以及焊接电压V（t）都整理成关于时间t的形式；步骤S3：在有限元分析软件中建立与所述焊件相同的焊件模型，同时在所述有限元分析软件中将焊件模型的热力学材料参数定义为温度T的形式；步骤S4：编写关于所述焊件的所述焊接电流A（t）、所述焊接电压V（t）以及所述焊接方向M（t）的热源公式，并利用所述有限元分析元件求解出所述焊件模型表面的模拟温度场T1（x，y，z，t）；步骤S5：在所述模拟温度场T1（x，y，z，t）中，根据x，y，z坐标找出相对应所述检测点的所述实际温度场T0（n，t），比较所述模拟温度场T1（x，y，z，t）和所述实际温度场T0（n，t），如果在同一时刻两者的温差不超过预定值，则证明所述模拟温度场T1（x，y，z，t）有效；如果在同一时刻所述模拟温度场T1（x，y，z，t）和所述实际温度场T0（n，t）的温差大于所述预定值，则调整所述热源公式中的输出热效率以控制温度的高低，同时在所述有限元分析软
件中调整所述焊件模型的所述热力学材料参数来控制温度变化的速率大小，直到所述模拟温度场T1（x，y，z，t）与所述温度场T0（n，t）在同一时刻的温差不超过所述预定值。
[0006]进一步地，在所述步骤S1中，所述温度检测点为三行，三行所述温度检测点均平行于所述焊接上的焊缝，所述三行温度检测点沿远离所述焊缝的方向依次间隔设置，且各行所述温度检测点包括多个间隔设置的所述温度检测点。
[0007]进一步地，三行所述温度检测点包括第一行温度检测点、第二行温度检测点以及第三行温度检测点，其中，所述第一行温度检测点距离所述焊件上的焊缝的距离为3cm至5cm；所述第二行温度检测点距离所述焊件上的焊缝的距离为6cm至8cm；所述第二行温度检测点距离所述焊件上的焊缝的距离为9cm至11cm。
[0008]进一步地，在所述步骤S3中，所述热力学材料参数包括传导率、比热、换热系数以及热辐射率。
[0009]进一步地，在所述步骤S3中，在所述有限元分析软件中建立所述焊件模型时，所述焊件模型上的焊缝区域的模型根据实际焊接的所述焊接方向M（t）和所述焊接层数N（t）进行生死单元的建立和激活。
[0010]进一步地，所述生死单元的激活方向跟所述焊接方向M（t）一致，所述生死单元的激活顺序和时间根据所述焊接层数N （t）来决定。
[0011]进一步地，激活所述生死单元时，层数小的先激活，层数大的后激活，每层的所述生死单元激活时间与每层开始焊接时间一一对应。
[0012]进一步地，在所述步骤S4中，所述热源公式运用移动热源子程序编写得到。
[0013]进一步地，所述移动热源子程序的移动热源的移动方式与所述焊接方向M（t）一致。
[0014]进一步地，所述预定值为10℃。
[0015]应用本申请的技术方案，本专利技术的基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法通过温度采集仪获取焊件全过程温度场的变化情况，并将该温度场整理成空间和时间的形式，然后将记录的焊接顺序、焊接层数、焊接电流以及焊接电压都整理成关于时间的形式，代入到有限元分析软件中去进行移动热源法获取瞬态温度场，将两者温度场进行比对，如果相差不大，可以证明该数值模拟温度场有效，如果相差较大可适当调整移动热源的参数和母材的换热系数去接近实测的温度场，直到两者误差在允许范围内，那么调整出来的数值模拟温度场也是准确有效的。也即是说，本专利技术可以采用温度采集仪获取实际焊件的温度场，再用有限元数值模拟的方法去逼近实际温度场，进而用有限元分析软件模拟的方法研究不同焊接方法下不同结构形式焊件的温度场分布规律。
附图说明
[0016]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是本申请实施例公开的相贯节点焊件的主视图；图2是本申请实施例公开的相贯节点焊件的侧视图；图3是本申请实施例公开的基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法
的流程图。
[0017]其中，上述附图包括以下附图标记：10、焊件；11、焊缝；12、温度检测点。
具体实施方式
[0018]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0020]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到 ：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法，其特征在于，包括：步骤S1：在焊件（10）表面设置温度检测点（12），对所述焊件（10）上的所述温度检测点（12）进行编号，并依次标识为整数n，其中n≥1；步骤S2：对所述焊件（10）进行焊接，将每个所述温度检测点（12）的实际温度场T0（n，t）整理成编号n和时间t的形式，并将焊接过程中的焊接方向M（t）、焊接层数N（t）、焊接电流A（t）以及焊接电压V（t）都整理成关于时间t的形式；步骤S3：在有限元分析软件中建立与所述焊件（10）相同的焊件模型，同时在所述有限元分析软件中将焊件模型的热力学材料参数定义为温度T的形式；步骤S4：编写关于所述焊件（10）的所述焊接电流A（t）、所述焊接电压V（t）以及所述焊接方向M（t）的热源公式，并利用所述有限元分析元件求解出所述焊件模型表面的模拟温度场T1（x，y，z，t）；步骤S5：在所述模拟温度场T1（x，y，z，t）中，根据x，y，z坐标找出相对应所述温度检测点的所述实际温度场T0（n，t），比较所述模拟温度场T1（x，y，z，t）和所述实际温度场T0（n，t），如果在同一时刻两者的温差不超过预定值，则证明所述模拟温度场T1（x，y，z，t）有效；如果在同一时刻所述模拟温度场T1（x，y，z，t）和所述实际温度场T0（n，t）的温差大于所述预定值，则调整所述热源公式中的输出热效率以控制温度的高低，同时在所述有限元分析软件中调整所述焊件模型的所述热力学材料参数来控制温度变化的速率大小，直到所述模拟温度场T1（x，y，z，t）与所述温度场T0（n，t）在同一时刻的温差不超过所述预定值；在所述步骤S1中，所述温度检测点（12）为三行，三行所述温度检测点（12）均平行于所述焊接上的焊缝（11），所述三行温度检测点（12）沿远离所述焊缝（11）的方向依次间隔设置，且各行所述温度检测点（12）包括多个间隔设置的所述温度检测点（12）。2.根据权利要求1所述的基于实测焊接温度场并结合有限元的温度场分析方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王益民，兰涛，剧锦三，傅彦青，付雅娣，秦凯，赵伯友，桑秀兴，秦广冲，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团国际工程有限公司中国农业大学中冶检测认证有限公司北京市建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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