一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法，该方法包括如下步骤：先根据焊接结构件模型建立有限元模型；然后根据建立的有限元模型进行热弹塑性的计算，计算出对应的最大应力值A1和最大应变值B1；之后根据建立的有限元模型进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A2和最大应变值B2；将A2与A1进行比较，若满足要求，则结束计算，若不满足，则继续下述步骤；再更改所选焊材的熔点，重新进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A3和最大应变值B3；将A3与A1进行对比，若满足要求，则结束计算；若不满足，则重复该步骤直至满足。该发放克服了现有模拟方法中大型结构件无法准确、高效收敛的缺点。高效收敛的缺点。高效收敛的缺点。

【技术实现步骤摘要】
一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法


[0001]本专利技术涉及激光增材制造和数值模拟领域，具体的说是一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法。

技术介绍

[0002]焊接的过程中不可避免的会产生焊接变形和焊接残余应力，焊接变形以弯曲变形、扭曲变形、角变形等形式为主，会影响焊接件的外形尺寸，进而影响加工后续加工工序的定位和装配，严重的会导致零件直接报废，从而造成严重的经济损失。
[0003]我们传统的焊接变形和焊接应力预测主要是取决于以往的经验曲线或者是在经验公式的基础上来进行实验和统计的，采取传统实验的方法对焊接变形及焊接残余应力进行测量，这种方法需要较多的时间、人力、物力，如果方案数较多，需要一一尝试，这样做可行性较低。
[0004]随着近年来计算机技术的飞速发展，焊接仿真方法的不断发展与进步，越来越多的研究人员开始使用有限元仿真技术软件，通过模拟计算方法，对各种大型、复杂焊接件进行仿真分析，对焊接变形和焊接残余应力进行预测，还能够帮助解决一些在实验室多年来无法解决的复杂难题。传统的实验方法成本过高，焊接仿真软件的使用降低了成本。
[0005]传统数值模拟采用的是热弹塑性法，对于一些焊接结构件来说，由于焊缝过多，热弹塑性法计算一次所需时间过长无法快速收敛，时间成本高，因此急需一种能够准确、高效的计算出应力应变结果的数值模拟方法。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法，以克服现有模拟方法中结构件无法准确、高效收敛的缺点
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法，主要包括如下步骤：S1、根据焊接结构件模型建立有限元模型；S2、根据步骤S1中建立的有限元模型进行热弹塑性计算，计算出对应的最大应力值A1和最大应变值B1；S3、根据步骤S1中建立的有限元模型进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A2和最大应变值B2；S4、将A2与A1进行比较，若则结束计算，A2值、B2值分别为预测的应力值和应变值；若则继续步骤S5；S5、更改所选焊材的熔点，重新进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A3和
最大应变值B3；S6、将A3与A1进行对比，若则结束计算，A3值、B3值分别为预测的应力值和应变值；若则重复步骤S5，直至满足其中，A
n
为最后一次所计算出的最大应力值，n为计算次数。
[0008]作为优选方案，步骤S3中，固有应变法中变形值的计算公式为：ΔL＝α*ΔT；其中，ΔL为焊接结构的变形量，α为焊材的热膨胀系数，ΔT为焊缝温度。
[0009]固有应变法以分布在焊缝附近、因焊接而引起的残余塑性应变作为初期应变，代入到有限元模型中进行弹性计算而得到结构的最终变形。
[0010]作为优选方案，所述焊接结构件中，所需焊接的焊缝数量m≥10条。
[0011]有益效果：
[0012]1)、因为固有应变法中焊缝温度默认为焊材的熔点温度，而实际情况下焊缝温度是要高于焊材熔点的。因此在固有应变法计算过程中可以通过改变焊材熔点来模拟实际焊接过程中的焊缝温度。本专利技术通过改变焊材固有熔点进而改变焊缝温度的方法，来达到与传统的固有应变法通过改变热膨胀系数计算出的应力应变值相似的效果，以实现固有应变法与热弹塑性法计算的应力应变值相同的效果。本专利技术采用的方法无需多次计算热膨胀系数，节省了步骤设置的过程。
[0013]2)、固有应变法是将分布在焊缝附近、因为焊接过程而引起的残余塑性应变(也称固有变形)作为初期应变，代入到有限元模型中进行弹性计算而得到结构的最终变形。由于只进行弹性计算，与传统的热弹塑性法有限元相比计算速度要快很多。
附图说明
[0014]图1为实施例1中建立的客车零件有限元模型之一。
[0015]图2为实施例1中建立的客车零件有限元模型之二。
[0016]图3为实施例1中采用热弹塑性法模拟的应力场。
[0017]图4为实施例1中采用热弹塑性法模拟的应变场。
[0018]图5为实施例1中采用固有应变法模拟的应力场。
[0019]图6为实施例1中采用固有应变法模拟的应变场。
[0020]图7为实施例1中所选焊材对应的性能。
[0021]图8为实施例1中改变所选焊材的熔点后的性能图。
[0022]图9为实施例1中改变焊材熔点后采用固有应变法模拟的应力场。
[0023]图10为实施例1中改变焊材熔点后采用固有应变法模拟的应变场。
具体实施方式
[0024]下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术
的保护范围。
[0025]一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法，主要包括如下步骤：S1、根据焊接结构件模型建立有限元模型；S2、根据步骤S1中建立的有限元模型进行热弹塑性计算，计算出对应的最大应力值A1和最大应变值B1；S3、根据步骤S1中建立的有限元模型进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A2和最大应变值B2；S4、将A2与A1进行比较，若则结束计算，A2值、B2值分别为预测的应力值和应变值；若则继续步骤S5；S5、更改所选焊材的熔点，重新进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A3和最大应变值B3；S6、将A3与A1进行对比，若则结束计算，A3值、B3值分别为预测的应力值和应变值；若则重复步骤S5，直至满足其中，A
n
为最后一次所计算出的最大应力值，也为预测的应力值，n为计算次数。
[0026]其中，步骤S3中，固有应变法中变形值的计算公式为：ΔL＝α*ΔT；其中，ΔL为焊接结构的变形量，α为焊材的热膨胀系数，ΔT为焊缝温度。
[0027]热弹塑性法是跟踪整个焊接过程，以给定的时间步长，计算出每一时刻的焊接温度场，以及计算出每个时间段由于温度变化引起的应力应变增量，逐步累计叠加，最终得到的则为残余应力与变形。因此该方法同时也可以分析焊接过程中任何时刻的瞬态应力应变状态。该方法从原理上可以分析任何复杂结构的焊接应力与变形，但其缺点是计算量太大和计算时间太长。因而对于一些大型焊接结构还难以完全实现。
[0028]固有应变有限元法则避开整个焊接过程，着眼于焊接以后在焊缝和近缝区存在的固有应变。将固有应变作为初始应变值进行有限元计算，进而得到整个焊件的残余应力和变形，从而大大减少了计算工作量。
[0029]因固有应变法计算焊接结构件时，计算一次所需时间较短，而热弹塑性法计算一次所需时间较长，无法快速收敛，相对于采用热弹塑性法进行预测，采用固有应变法能够提高计算速度，进而能够提高应力应变值的预测效率。需要说明的是，本专利技术的方法尤其适用于结构复杂的焊接结构件，复杂焊接结构件中所需焊接的焊缝数量不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高焊接结构件应力应变预测效率的方法，其特征在于，主要包括如下步骤：S1、根据大型焊接结构件模型建立有限元模型；S2、根据步骤S1中建立的有限元模型进行热弹塑性计算，计算出对应的最大应力值A1和最大应变值B1；S3、根据步骤S1中建立的有限元模型进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A2和最大应变值B2；S4、将A2与A1进行比较，若则结束计算，A2值、B2值分别为预测的应力值和应变值；若则继续步骤S5；S5、更改所选焊材的熔点，重新进行固有应变计算，计算出对应的最大应力值A3和最大应变值B3；S6、将A3与A1进行对比，若则结束计算，A3值、B3值分别为预测的应力值和应变值；若则重复步骤S5，直至满...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹丹青，王永雷，陈学文，肖笑，张柯柯，赵浩岐，常峻鸣，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：