【技术实现步骤摘要】
一种大型结构件焊接变形预测方法及系统
[0001]本专利技术属于焊接变形预测
，具体涉及大型结构件焊接变形预测方法及系统
。
技术介绍
[0002]工程机械领域常常涉及大型结构件的焊接，这些结构件的焊缝具有数量多
、
尺寸大
、
变截面的特点，由于焊接过程的不均匀加热和冷却，不可避免的会存在残余应力与变形
。
焊接变形的存在会影响成形精度，继而影响结构件的局部强度和稳定性，降低产品使用性能
。
因此需要在焊后花费大量的人力
、
物力和时间对结构件进行矫形处理，甚至部分焊接结构件无法矫正到满足生产要求，大大影响产品生产效率和生产成本
。
如何有效的控制焊接变形成为工程师亟待考虑的问题
。
[0003]随着数值模拟技术的发展，技术人员将其应用于焊接变形的仿真和预测
。
目前焊接变形预测方法主要有热弹塑性有限元法和固有应变法
。
热弹塑性有限元法具有计算结果精确，但是对于大型结构件则耗时过长，计算效率较低，不能满足产品设计周期要求
。
[0004]固有应变法是基于弹性理论的有限元分析方法，其通过获取焊接接头固有应变，并将其作为初始载荷施加到整条焊缝上进行一次弹性计算，从而得到整个结构的焊接变形及残余应力，因此计算效率非常高
。
但是存在固有应变参数测量困难
、
测量精度不高的技术难题
。
技术实现思路
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.
一种大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，包括根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；所述焊接变形数据库内的固有变形数据的获取过程为：通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数
G
k
；基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数
G
k
对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数
F
k
；若仿真固有变形参数
F
k
与固有变形参数
G
k
的比值在设定范围
Q
外，基于仿真固有变形参数
F
k
对固有变形参数
G
k
进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数
F
k
与固有变形参数
G
k
的比值在设定范围
Q
内，将固有变形参数
G
k
及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中
。2.
根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，所述焊接试验条件包括焊接试板厚度
、
焊接方法
、
焊接材料
、
填充材料
、
焊接位置
、
焊接电流
、
焊接电压和焊接速度
。3.
根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，所述焊接接头形式包括对接接头
、T
形接头和搭接接头
。4.
根据权利要求3所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数
G
k
的方法包括：当焊接试验中焊接接头形式为焊接板
H
A1
和焊接板
H
B1
组成的对接接头时，所述焊接板
H
A1
和焊接板
H
B1
上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点
P
i
α
，
i∈[1,
…
,12]
；测量点测量点和测量点设置为同一行并设置于焊接板
H
A1
远离所述对接接头的一侧；测量点测量点和测量点设置为同一行并设置于焊接板
H
A1
靠近所述对接接头的一侧；测量点测量点和测量点设置为同一行并设置于焊接板
H
B1
靠近所述对接接头的一侧；测量点测量点和测量点设置为同一行并设置于焊接板
H
B1
远离所述对接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点
P
i
α
的位置坐标；当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，所述固有变形参数
G
k
包含固有横向收缩
δ
T
，固有纵向收缩
δ
L
，固有横向弯曲
θ
T
和固有纵向弯曲
θ
L
，所述固有变形参数
G
k
计算公式分别为：为：为：
公式中，表示为焊接前测量点
P
i
α
的初始横坐标，表示为焊接前测量点
P
i
α
的初始纵坐标，表示为焊接变形后测量点
P
i
α
的横坐标，表示为焊接变形后测量点
P
i
α
的变形后的纵坐标，表示为焊接变形后由测量点测量点和测量点拟合形成的曲线对应的弦长，表示为焊接变形后由测量点测量点和测量点拟合形成的曲线对应的弦长，为焊接变形后任一测量点
P
i
α
在
z
轴方向上的位移；
B
α
为对接接头宽度
。5.
根据权利要求3所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，当焊接试验中焊接接头形式为
T
形接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数
G
k
的方法包括：当焊接试验中焊接接头形式为焊接板
H
A2
和焊接板
H
B2
组成的
T
形接头时，所述焊接板
H
A2
设定为底板，所述焊接板
H
B2
设定为腹板，所述焊接板
H
B2
焊接于焊接板
H
A2
中间位置；所述
T
形接头上的测量点记为测量点其中，测量点至测量点以及测量点和测量点设置于所述焊接板
H
A2
，测量点测量点测量点测量点以及测量点与测量点测量点测量点测量点以及测量点对称设置于所述焊接板
H
B2
两侧；所述测量点和测量点设置于所述焊接板
H
A2
和焊接板
H
B2
焊接处；所述测量点至测量点设置于所述焊接板
H
B2
上；当焊接试验中焊接接头形式为
T
形接头时，所述固有变形参数
G
k
包含底板固有横向收缩
δ
TP
，底板固有纵向收缩
δ
LP
，底板固有横向弯曲
θ
TP
，底板固有纵向弯曲
θ
LP
，腹板固有横向收缩
δ
TW
，腹板固有纵向收缩
δ
LW
，腹板固有横向弯曲
θ
TW
和腹板固有纵向弯曲
θ
LW
，其计算公式分别为：
δ
TP
＝
b
‑
[(b+
Δ
b)/2]/cos(
θ
T1
)
‑
[(b+
Δ
b)/2]/cos(
θ
T2
)
δ
LP
＝
Δ
L
×
B/L
θ
TP
＝
sin
‑1(e1/d1)+sin
‑1(e2/d2)
δ
TW
＝
H
‑
[(H
‑
Δ
H)/cos(tan
‑1(c/H))]
δ
LW
＝
Δ
L
w
×
H/L
θ
TW
＝
sin
‑1(c/H)
‑
[sin
‑1(e1/d1)
‑
sin
‑1(e2/d2)]/2
θ
LP
技术研发人员：杨帆，张贵芝，陆智俊，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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