[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

本發明公開一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測方法及焊接工藝優化方法，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，為焊接工藝參數的優化提供參考依據，從而能夠調整和優化焊接工藝，得到優良的焊縫，提高風電塔筒的使用壽命。

技術領域

本發明涉及風電塔筒油封平臺焊接技術領域，特別是一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測方法及焊接工藝優化方法。

背景技術

風力發電因其具有清潔、環保、可再生、永不枯竭、基建周期短、運行和維護成本低的優勢，近年在國內得到廣泛的應用。風力塔筒是風力發電設備的關鍵部件之一。風力發電塔的安全性能直接影響風力發電設備的效率、使用壽命和性能。風力發電塔的制造、安裝和運行可能會因風荷載、重力荷載、長期惡劣的工作環境等因素造成損壞、開裂或變形，最終導致風力發電塔不穩定或開裂，造成巨大的經濟損失。焊接和防腐蝕工序為塔筒制作最主要的兩個工序，也是最容易出現質量問題的工序。因此要對附件的焊接工藝進行優化，盡可能得到優良的焊縫。

發明內容

本發明的目的是提供一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測方法及焊接工藝優化方法，通過對風電塔筒油封平臺的焊接工藝殘余應力進行預測，為焊接工藝參數的優化提供參考依據，從而調整和優化焊接工藝，得到優良的焊縫，提高風電塔筒的使用壽命。本發明采用的技術方案如下。

一方面，本發明提供一種風電塔筒油封平臺焊接殘余應力預測方法，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。

可選的，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。

可選的，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，單位為J/m^-2·s^-1；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，單位為J/m³；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。

可選的，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，也即靠近焊縫處采用較小網格，遠離焊縫處采用較大網格。

可選的，本發明利用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。