[發(fā)明專利]一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910095835.2
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN109766663B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣文春;金強(qiáng);羅云;萬娛;葉培舉;涂善東;李福來
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)（華東）
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 邵朋程

1.一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：對(duì)模擬對(duì)象進(jìn)行分析，利用三維造型軟件建立三維實(shí)體模型，將三維實(shí)體模型以.x_t文件格式導(dǎo)出，并將此文件導(dǎo)入到ABAQUS有限元軟件；

步驟2：對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行分區(qū)，切出重點(diǎn)研究的區(qū)域；

步驟3：對(duì)重點(diǎn)研究的區(qū)域選擇合適的位置切塊，切塊所要達(dá)到的效果是通過隱藏與顯示功能看到焊縫截面，且對(duì)后續(xù)畫網(wǎng)格不會(huì)產(chǎn)生不利影響；

步驟4：只顯示步驟3中的其中一個(gè)實(shí)體，對(duì)焊縫截面進(jìn)行草圖繪制，選擇拆分面,使用兩點(diǎn)間的最短路徑將焊縫兩側(cè)的焊趾分別連線；選擇拆分幾何元素，使用N邊分片將焊縫和母材分開，所述焊縫包括部分母材，此時(shí)焊縫至少分為兩段；

步驟5：選擇合適位置焊縫其中一段，選擇拆分面，草圖對(duì)焊縫截面進(jìn)行草圖繪制，焊道截面進(jìn)行如下簡化：對(duì)于表面深度20%的區(qū)域逐道模擬；剩余多層，每層多道簡化為一道；

步驟6：按照模型尺寸和焊縫尺寸確定整體種子，只顯示步驟5進(jìn)行草圖繪制的焊縫，進(jìn)行局部網(wǎng)格種子布置；

步驟7：將焊縫及鄰近焊縫的實(shí)體設(shè)置為掃掠網(wǎng)格，從設(shè)置局部網(wǎng)格種子的焊縫的實(shí)體開始，按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序完成焊縫網(wǎng)格的劃分；

步驟8：按照步驟1-7中的原則及方法，完成整個(gè)模型網(wǎng)格的劃分；并對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查，網(wǎng)格質(zhì)量不存在錯(cuò)誤且警告值小于10%時(shí)所畫網(wǎng)格合格；

步驟9：利用工具→集→創(chuàng)建→單元→以拓?fù)錇閱卧x擇集合，創(chuàng)建每道焊縫單元的集合，配合使用隱藏與顯示功能；首先對(duì)整個(gè)焊縫選擇一個(gè)集合命名為Weld-0，接著對(duì)每道焊縫進(jìn)行命名，Weld-1表示第一道焊縫，Weld-1-1表示第一道焊縫的第一段，以此類推，Weld-1-n表示第一道焊縫的第n段；創(chuàng)建熱處理面集合；定義焊接及熱處理工藝幅值曲線；

步驟10：完成上述網(wǎng)格劃分和集合選擇之后，進(jìn)行溫度場的計(jì)算；定義材料的材料屬性以及計(jì)算溫度場所需要的常量；

步驟11：建立分析步，以焊縫分為多段為例：第1個(gè)分析步為step-1，分析時(shí)間為1*10-4秒，移除weld-0；第2個(gè)分析步為step-2，分析時(shí)間為1*10-4秒，添加激活weld-1-1；第3個(gè)分析步為step-3，分析時(shí)間為焊接第一道焊縫的總時(shí)間除以第一道焊縫總的段數(shù)，進(jìn)行weld-1-1的焊接模擬；如果一道焊縫有m段，則總的分析步為2N+1+m，N為焊道數(shù)，m為每條焊道的段數(shù)；

步驟12：設(shè)置溫度場的邊界條件，包括熱對(duì)流和熱輻射，以得到精確的溫度場；

步驟13：進(jìn)行熱源的選擇；

步驟14：定義預(yù)定義場，具體為所模擬的初始的溫度；

步驟15：檢查步驟1-14，提交計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，得到溫度場后進(jìn)行應(yīng)力場的計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于：步驟1中，所述三維造型軟件包括Solidworks、Pro/E、3DS Max、CATIA和UG。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于，步驟2中還包括以下過程：建立一個(gè)拉伸殼單元，該拉伸殼單元的截面形狀和加熱帶的形狀一致，在裝配模塊進(jìn)行布爾運(yùn)算，切出加熱帶區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于，步驟6中：整體種子確定原則上盡量小，從而保證重點(diǎn)研究的部位網(wǎng)格較密；除重點(diǎn)研究區(qū)域之外的區(qū)域也設(shè)置局部網(wǎng)格種子。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于，步驟7中：網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格；網(wǎng)格劃分失敗可以檢查掃掠方向是否正確，按照從焊縫向周圍擴(kuò)散的順序進(jìn)行局部網(wǎng)格劃分。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于，步驟11中：如果一道焊縫只有一段，則總的分析步為2N+1，N為焊道數(shù)，之后分析步的設(shè)置參照step-2 和step-3，直至焊接模擬結(jié)束。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應(yīng)力與變形高效計(jì)算處理方法，其特征在于，步驟13中：沿焊接的長度方向，始端和末端20%采用移動(dòng)的高斯熱源；中間采用瞬態(tài)熱源；始端和末端的焊接熱源通過子程序?qū)崿F(xiàn)，中間的焊接熱源通過定義焊接體熱流載荷實(shí)現(xiàn)。