[發明專利]一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法

在審

• 申請號: 201310620538.8
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN104063530A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 嚴春妍;史志丹;祁帥;張根元
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種焊接接頭殘余氫預測方法，尤其涉及一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法。

背景技術

氫致開裂是管道設備常見的失效形式之一。管道設備一旦損壞，特別是管道設備的焊接接頭處一旦損壞，哪怕是很小的裂紋也會引起重大的泄露甚至爆炸事故，造成巨大的經濟損失與人員傷亡。

目前，采用試驗法雖可測得焊后接頭中殘余氫的含量及焊接接頭不同部位的氫擴散系數，但對焊接接頭中氫的具體分布及擴散情況仍存在很大的爭議。殘余氫的測定試驗中，仍有許多條件不易掌控，以致試驗結果存在一定的誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種使用成本較低、且分析效率及精確度較高的焊接接頭殘余氫預測方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法，所述方法依次包括：

步驟（1）：應用FORTRAN語言編寫參數化設計程序；

步驟（2）：根據實際焊接情況在ABAQUS中建立有限元模型；

步驟（3）：在ABAQUS中建立實體模型；

步驟（4）：首先定義材料屬性、定義單元屬性；然后劃分網格；最后采用結構化網格來生成六面體；

步驟（5）：根據實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，并采用直接法完成溫度場、應力場的耦合計算；

步驟（6）：將步驟（5）的耦合計算結果與氫擴散場進行間接耦合，并選用DC3D8單元完成對焊接件不同時刻、不同區域殘余氫的計算；

步驟（7）：選用不同的焊接工藝參數再次按照步驟（1）至步驟（6）進行三場耦合分析，得出焊接工藝參數對焊接接頭殘余氫的影響。

所述步驟（2）中的實際焊接情況包括：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預熱及后熱、預熱及后熱溫度。

所述步驟（4）中的材料屬性包括：材料密度、熱傳導系數、比熱容、氫擴散系數。

所述步驟（4）中劃分網格時，母材區網格尺寸與焊縫及熱影響區網格尺寸比值不小于1.5。

所述步驟（5）中在溫度場、應力場直接耦合時選用熱分析C3D8T單元。

所述步驟（5）中的實際工況包括：環境溫度、移動焊接熱源的熱生成率、焊接件的熱傳導系數、邊界換熱系數，及材料在不同溫度下彈性模量、線膨脹系數和泊松比。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

由于本發明的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法，通過模擬計算與對比不同焊接工藝參數，可確定焊接接頭殘余氫的最低水平及最佳的焊接工藝參數，從而減少試驗工作量，提高焊接接頭的質量，因此本發明的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法不僅使用成本較低、同時分析效率及精確度較高。

附圖說明

圖1是本發明焊接件的有限元分析網格模型；

圖2是t=20s的溫度場云圖；

圖3是t=700s的應力場云圖；

圖4是t=700s的氫分布云圖；

圖5是板寬方向殘余氫分布；

圖6是不同預熱溫度下板寬方向氫濃度分布；

圖7是E=19kJ/s時不同區域殘余氫的含量；

圖8是E=28kJ/s時不同區域殘余氫的含量。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預測方法，所述方法依次包括：

步驟（1）：應用FORTRAN語言編寫參數化設計程序；

步驟（2）：參見圖1所示，根據實際焊接情況在ABAQUS中建立有限元模型，其中實際焊接情況包括有：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預熱及后熱、預熱及后熱溫度等；

步驟（3）：在ABAQUS中建立實體模型；

步驟（4）：首先定義材料屬性，該材料屬性包括有：材料密度、熱傳導系數、比熱容、氫擴散系數；然后定義單元屬性；劃分網格，為得到精確的計算結構，母材區網格尺寸與焊縫及熱影響區網格尺寸比值需不小于1.5；最后采用結構化網格來生成六面體；

步驟（5）：根據實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，該實際工況包括有：環境溫度、移動焊接熱源的熱生成率、焊接件的熱傳導系數、邊界換熱系數，及材料在不同溫度下彈性模量、線膨脹系數、泊松比，并采用直接法完成溫度場、應力場的耦合計算，優選溫度場、應力場直接耦合時選用熱分析C3D8T單元；