[發明專利]激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法及系統

有效

• 申請號: 202210345911.2
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114491873B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 張俐;張國濤;田傲翔;李嘉誠;陳彥儒;韓立福
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/16;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 馬帥

1.一種激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，包括：

S1：獲取待焊接樣件的性能參數、激光修復的工藝參數和激光掃描路徑；

S2：通過無網格伽遼金法，結合所述性能參數、所述工藝參數和所述激光掃描路徑計算獲得溫度場集合、應力場集合和位移場集合。

2.根據權利要求1所述的激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，所述性能參數包括：

待焊接樣件的尺寸、焊接坐標軸、所述焊接坐標軸方向上的節點數目和所述焊接坐標軸方向上的節點數目；

待焊接樣件的材料密度、彈性模量、熔點、導熱系數、定壓比熱、熱膨脹系數和泊松比；

所述工藝參數包括：激光光斑半徑、激光掃描速度、激光功率和吸收率；

所述激光掃描路徑包括：激光中心位置集合、激光功率集合和運行步數總數。

3.根據權利要求1所述的激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，步驟S2具體為：

S21：構建高斯積分網格和二維高斯節點；計算域高斯節點集合表示為，是一個包含高斯積分網格內所有高斯節點的矩陣；

S22：根據待焊接樣件的形狀生成計算域，在計算域內生成計算節點，是一個包含所有計算節點的矩陣，在所述計算節點內將所述溫度場節點的初始值設置為，將所述位移場節點的初始值設置為；

S23：獲取第步的激光中心位置和激光功率；的初始值為0，最大值為；

S24：通過激光光源中心坐標和光斑半徑計算獲得第步的熱源場節點，通過所述熱源場節點計算獲得第步的外部熱流量矩陣；

S25：計算獲得第步的等效熱傳導系數矩陣和定壓比熱矩陣，通過、和計算獲得第步的溫度場節點，通過計算獲得第步的溫度場；

S26：通過第步的溫度場和第步的溫度場，計算獲得第步的剛度矩陣和熱應力矩陣，通過和計算獲得第步的位移場節點值；

S27：計算獲得第步的應力場和位移場，令；

S28：重復步驟S23至S27共次，獲得從第1步至第步所有的溫度場、應力場和位移場，將所有的溫度場記為所述溫度場集合，將所有的應力場記為所述應力場集合，將所有的位移場記為所述位移場集合。

4.根據權利要求3所述的激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，步驟S21中所述高斯積分網格的表達式為：

其中，表示高斯積分網格中高斯節點的坐標，表示高斯節點對應的權重，取值范圍為。

5.根據權利要求3所述的激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，步驟S24中通過光源形式、第步的激光中心位置以及激光光斑半徑大小，根據激光工藝參數構造權函數，其具體表示形式如下：

其中，函數代表了光源波形，為激光光源半徑，和分別表示激光中心位置在焊接全局坐標系中方向和方向坐標。

6.根據權利要求3所述的激光焊接瞬態溫度場及應力場數值計算方法，其特征在于，步驟S24中所述熱源場節點的獲取過程為：

熱源場為多層環形場，位于平面坐標系上，平面坐標系中表示橫坐標抽，表示縱坐標軸，根據激光光源中心坐標和光斑半徑計算獲得熱源場節點的位置；

獲取熱源場節點的半徑分布集合，其計算公式如下：

其中，為層數編號，為環形熱源場的圈數，為計數編號，為激光光斑半徑；由內層向外層的第層熱源場節點數為：

其中，為內圈的熱源場節點數目；

第層的熱源場節點之間間隔弧度表達式為：

計算得到第層，第個熱源場節點的位置為：

其中，表示第步，坐標軸上的激光中心位置，表示第步，坐標軸上的激光中心位置；

根據，計算獲得第步時，熱源場中所有熱源場節點的位置，存儲在矩陣中。