[發明專利]一種約束狀態下構件焊接變形的預測方法

有效

• 申請號: 201410437005.0
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104239696B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 丁樺;劉紅武;黃灝;鄧劍;藍林華
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院工業技術研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司44001
• 代理人: 黃培智

技術領域

本發明主要涉及焊接仿真技術領域，尤其是指一種約束狀態下構件焊接變形的預測方法。

背景技術

傳統對焊接變形的預測大多基于經驗公式或簡單的解析方法，但經驗公式或簡單的解析方法只適用于簡單的板或梁等焊接構件，不適用于實際工程中的多數復雜的焊接結構。隨著現代工業和計算機技術的迅速發展，采用數值模擬對焊接變形和殘余應力進行預測和控制，從而選擇最佳工藝參數和組裝順序，已成為目前國內外發展的重要方向。

在焊接過程中，焊縫及其附近區域會因外部的熱輸入，同時受到周圍溫度較低金屬的約束，從而產生塑性應變、熱應變和相變應變等，冷卻后的殘余應變就決定了最終的殘余應力和變形?，F有技術中，固有應變有限元法是一種既能預測大型復雜結構的焊接變形又比較經濟的預測焊接變形的方法，有很大的實用意義和發展前途。

在固有應變有限元法中，如果已知固有應變大小和分布與焊接參數以及焊件尺寸等關系，將固有應變作為初始應變進行彈性有限元計算，就可以得到整個焊件的殘余應力和變形，相比于熱彈塑性有限元法，固有應變有限元法能夠大大減少計算工作量。構件的焊接包括有在自由狀態下的焊接和在約束狀態下的焊接，而在工程焊接中，由于實際的構件焊接通常是在各種約束狀態下進行的，焊接條件也各不相同，較難獲取構件在約束狀態下焊接的固有應變，因而現有利用固有應變有限元法進行預測焊接變形時，輸入的通常是構件在自由狀態下焊接后的固有應變，而構件在自由狀態下焊接后的固有應變與構件在約束狀態下焊接后的固有應變是有所出入的，因而預測的焊接變形結果精度有待提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種約束狀態下構件焊接變形的預測方法，該方法利用構件在自由狀態下焊接后的的固有應變來預測構件在約束狀態下焊接后的固有應變，然后用固有應變有限元法求得構件在約束狀態下焊接后的變形，從而達到提高預測焊接變形結果精度的目的。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種約束狀態下構件焊接變形的預測方法，包括以下步驟：

1.一種約束狀態下構件焊接變形的預測方法，其特征在于：包括以下步驟：

A.假設在相同焊接條件下，構件在自由狀態下焊接后的固有應變構件在約束狀態下焊接后的固有應變和構件在約束狀態下焊接后的固有應力之間存在以下關系：

ϵ→′=ϵ→*+αf(σ→)---(1)]]>

其中α為待定系數矩陣，為關于的函數；

B.設定并保證為光滑連續函數且f(0)＝0，即當構件退化為自由狀態下的情形，并將設定的代入式(1)中，形成第一表達式；

C.在相同的焊接條件下，測得構件在自由狀態下焊接后的固有應變、構件在約束狀態下焊接后的固有應變和構件在約束狀態下焊接后的固有應力，根據步驟B得到的第一表達式求得待定系數矩陣，并將求得的待定系數矩陣代入第一表達式中，以形成第二表達式；

D.在其他焊接條件下，根據構件在自由狀態焊接后的固有應變和步驟C得到的第二表達式預測構件在約束狀態下焊接后的固有應變，包括步驟D1-D4：

D1.把構件在自由狀態下焊接后的固有應變作為構件在約束狀態下焊接后的固有應變，利用固有應變有限元法求得預估的構件在約束狀態下焊接后的固有應力，即為預估固有應力；

D2.把預估固有應力作為構件在約束狀態下焊接后的固有應力，結合步驟D1中的構件在自由狀態下焊接后的固有應變，根據步驟C得到的第二表達式求得預測的構件在約束狀態下焊接后的固有應變，即為修正固有應變；