[發明專利]一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測、焊接工藝優化方法

在審

• 申請號: 202011018029.4
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112149330A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 嚴春妍;易思;張浩;傅強;姜心怡;鄭福雨
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/20;G06F111/10
• 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;張倩倩

1.一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測方法，其特征是，包括：

獲取風電塔筒的結構參數，以及焊接材料參數、焊接方式和熱源參數；

根據風電塔筒結構參數建立含焊縫的風電塔筒三維立體模型；

根據焊接方式確定熱源模型；

對風電塔筒三維立體模型進行有限元網格劃分；

基于有限元網格劃分后的風電塔筒三維立體模型、熱源模型、熱源參數和焊接材料參數，進行焊接模擬，對焊接過程中的溫度場和應力場進行有限元分析，得到風電塔筒在焊接后的殘余應力預測結果。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述熱源參數包括：焊接電流、電壓、焊接速度以及焊接線能量；焊接材料參數包括熱傳導系數、比熱容、密度、熱焓以及其它可考慮的參數。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征是，若焊接方式為CO₂氣體保護電弧焊，則熱源模型為雙橢球熱源模型，其前半部分/后半部分的熱源分布為：

式中：q表示熱通量；Q_1,2即Q₁、Q₂，分別表示雙橢球熱源前半部分和后半部分的能量密度；a_1,2即a₁、a₂，a₁,b,c和a₂,b,c分別為對應雙橢球熱源前半部分和后半部分的軸長參數；(x,y,z)表示相對于熱源中心的坐標。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征是，進行有限元網格劃分時，距離焊縫越近的部位網格密度越大。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征是，利用SolidWorks軟件建立含焊縫的風電塔筒三維立體模型；利用Visual-Mesh軟件對風電塔筒三維立體模型進行有限元網格劃分；利用Visual-Weld數值模擬軟件進行焊接模擬和有限元分析，得到殘余應力預測結果。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征是，在進行焊接模擬和有限元分析時，將塔筒外壁和油封平臺設置為母材體單元，將焊縫設置為填充材料體單元，將焊縫附近與空氣交界處的面單元設置為換熱面；所述殘余應力預測結果風電塔筒外壁垂直于焊縫的部位的殘余應力分布和風電塔筒外壁上沿焊縫處的殘余應力分布。

7.一種風電塔筒油封平臺焊接工藝優化方法，其特征是，包括：

獲取風電塔筒的結構參數，預確定焊接材料參數、焊接方式和熱源參數；

根據風電塔筒結構參數，利用SolidWorks軟件建立風電塔筒三維立體模型；

根據預確定的焊接方式，確定熱源模型；

利用Visual-Mesh軟件對風電塔筒三維立體模型進行有限元網格劃分；

基于有限元網格劃分后的風電塔筒三維立體模型、熱源模型、熱源參數和焊接材料參數，利用Visual-Weld數值模擬軟件進行焊接模擬，對焊接過程中的溫度場和應力場進行有限元分析，得到風電塔筒在焊接后的殘余應力預測結果；

判斷殘余應力預測結果是否滿足要求，若不滿足，則根據殘余應力預測結果調整焊接方式和/或熱源參數；

基于調整后的焊接方式和/或熱源參數重新進行殘余應力預測，直至殘余應力預測結果滿足要求；

根據滿足要求的焊接方式和熱源參數確定優化后的最終焊接工藝。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征是，調整焊接方式包括更改焊接順序。