[發明專利]一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法

有效

• 申請號: 201910095835.2
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109766663B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 蔣文春;金強;羅云;萬娛;葉培舉;涂善東;李福來
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 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力與變形高效計算處理方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：對模擬對象進行分析，利用三維造型軟件建立三維實體模型，將三維實體模型以.x_t文件格式導出，并將此文件導入到ABAQUS有限元軟件；

步驟2：對整個模型進行分區，切出重點研究的區域；

步驟3：對重點研究的區域選擇合適的位置切塊，切塊所要達到的效果是通過隱藏與顯示功能看到焊縫截面，且對后續畫網格不會產生不利影響；

步驟4：只顯示步驟3中的其中一個實體，對焊縫截面進行草圖繪制，選擇拆分面,使用兩點間的最短路徑將焊縫兩側的焊趾分別連線；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，草圖對焊縫截面進行草圖繪制，焊道截面進行如下簡化：對于表面深度20%的區域逐道模擬；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進行草圖繪制的焊縫，進行局部網格種子布置；

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

步驟8：按照步驟1-7中的原則及方法，完成整個模型網格的劃分；并對網格質量進行檢查，網格質量不存在錯誤且警告值小于10%時所畫網格合格；

步驟9：利用工具→集→創建→單元→以拓撲為單元選擇集合，創建每道焊縫單元的集合，配合使用隱藏與顯示功能；首先對整個焊縫選擇一個集合命名為Weld-0，接著對每道焊縫進行命名，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：完成上述網格劃分和集合選擇之后，進行溫度場的計算；定義材料的材料屬性以及計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個分析步為step-1，分析時間為1*10-4秒，移除weld-0；第2個分析步為step-2，分析時間為1*10-4秒，添加激活weld-1-1；第3個分析步為step-3，分析時間為焊接第一道焊縫的總時間除以第一道焊縫總的段數，進行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，m為每條焊道的段數；

步驟12：設置溫度場的邊界條件，包括熱對流和熱輻射，以得到精確的溫度場；

步驟13：進行熱源的選擇；

步驟14：定義預定義場，具體為所模擬的初始的溫度；

步驟15：檢查步驟1-14，提交計算模型進行計算，得到溫度場后進行應力場的計算。

2.根據權利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法，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.根據權利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法，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，在裝配模塊進行布爾運算，切出加熱帶區域。

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

5.根據權利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法，其特征在于，步驟7中：網格為六面體網格；網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散的順序進行局部網格劃分。

6.根據權利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法，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，之后分析步的設置參照step-2 和step-3，直至焊接模擬結束。

7.根據權利要求1所述的一種超大型壓力容器超長焊縫焊接殘余應力與變形高效計算處理方法，其特征在于，步驟13中：沿焊接的長度方向，始端和末端20%采用移動的高斯熱源；中間采用瞬態熱源；始端和末端的焊接熱源通過子程序實現，中間的焊接熱源通過定義焊接體熱流載荷實現。