[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

本發明公開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，該方法大致包括如下步驟：將所建三維實體模型文件導入到ABAQUS有限元軟件，對整個模型進行分區，切出重點研究的區域，選擇合適的位置切塊，對焊縫截面進行草圖繪制，并完成整個模型網格的劃分，然后進行集合選擇，再進行溫度場計算所需材料屬性的設置，建立分析步，設置溫度場的邊界條件，定義焊接體熱流載荷，定義預定義場，提交溫度場計算模型，得到溫度場后進行應力場的計算。本發明能很容易的實現多層多道焊的模擬，能夠提高計算速度及計算收斂性的同時確保計算精度，尤其對于具有大尺度焊接接頭的壓力容器，從而增加了焊接模擬的應用范圍。

技術領域

本發明提供了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，屬于焊接數值模擬技術領域。

背景技術

隨著科學技術的快速發展，超大型的壓力容器廣泛應用于核電、石油化工等領域，殘余應力調控是超大型的壓力容器制造的關鍵技術。對于超大的、大壁厚壓力容器，具有大尺度的焊接接頭。焊接數值模擬是研究此類接頭的重要手段。然而，此類焊接接頭具有焊道多，焊縫長，按照傳統的移動高斯熱源具有超量的計算，導致數值模擬無法進行。焊接數值模擬方法對于優化大尺度焊接接頭的制造工藝及調控焊接殘余應力具有重要的意義。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供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。

本發明所采用的技術解決方案是：

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，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(包括部分母材)和母材分開，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，焊道形貌進行如下簡化：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：按照上述原則及方法，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；