[發明專利]一種基于拉伸斷裂評價的激光焊接接頭強度仿真分析方法

有效

• 申請號: 202210571571.5
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115062456B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張慧方;姜天豪;畢飛飛;胡鵬;藍樹槐
• 申請（專利權）人: 上海治臻新能源股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 郭振興

本發明公開了一種基于拉伸斷裂評價的激光焊接接頭強度仿真分析方法，基于有限元分析方法，首先采用熱彈塑性瞬態耦合方法仿真了激光焊接過程和自然冷卻過程，然后采用預定義物理場的方法將自然冷卻后的物理狀態加載至拉伸模型，對焊縫區、熱影響區及母材分別賦予不同的材料屬性，最后采用顯示動力學方法分析了拉伸過程。本發明公開的仿真方法可仿真激光焊接接頭的拉伸試驗，充分分析了焊接冷卻后的物理場及不同區域材料屬性的不一致對拉伸結果的影響，計算結果更準確，可仿真計算各種形貌的激光焊接頭的拉伸強度。

技術領域

本發明屬于仿真方法技術領域,特別是一種基于拉伸斷裂評價的激光焊接接頭強度仿真分析方法。

背景技術

激光焊接即從激光器出射的光束經過聚焦系統，使光束形成聚焦光斑，待焊接工件置于距焦點有一定距離的離焦位置，在功率密度分布相對均勻的高能束激光作用下，待焊接工件達到熔點而形成熔融狀態，待自然冷卻后便連接為一體。激光焊接作為一種連接方法，因其效率高，材料利用率高，接頭密封性好，抗腐蝕性強等優點而被廣泛應用于工業生產的許多領域上，如航空航天領域，汽車行業，船舶行業等。

根據焊縫形貌不同，焊縫可分為熔透、未熔透、寬焊縫及窄焊縫，不同焊縫的組織性能、塑性變形及殘余應力等對焊縫強度均有影響，因此通過拉伸試驗評判不同焊縫的強度尤為重要。要完成一項焊接接頭拉伸實驗，需要的步驟包括試樣切割、焊接、冷卻、拉伸，尤其焊接過程需要調試，因此需要花費較長的時間，若要分析不同形貌焊縫的強度，則需要重復上述步驟。采用仿真的方法可以對不易觀察到的拉伸試驗現象進行模擬，且仿真耗時較短。目前針對焊接接頭拉伸的仿真方法一般類似于《301L搭接激光焊接接頭拉伸過程的彈塑性演變及斷裂數值分析》一文所述，建立焊接試樣網格模型，賦予材料屬性，設置位移邊界，進行靜力學或動力學計算，這種仿真方法沒有引入焊接后的殘余應力、塑性應變等因素的影響，致使焊接試樣的初始物理狀態與實際存在一定偏差。

發明內容

本發明的目的是解決上述現存問題，提供一種基于拉伸斷裂評價的激光焊接接頭強度仿真分析方法，引入了焊接冷卻后的物理場對拉伸結果的影響，焊接試樣的初始物理狀態更符合實際，計算結果更準確。

本發明的技術解決方案如下：

基于拉伸斷裂評價的激光焊接接頭強度仿真分析方法，包括以下步驟：

步驟(1)焊接、冷卻分析：

①導入網格模型：將網格模型導入到非線性有限元分析軟件中；

②更改網格屬性：將導入的網格屬性設置為隱式求解器下的溫度-位移耦合單元；

③賦予材料屬性：將所有單元賦予相同的各向同性材料屬性；

④設置分析步：設置焊接過程和冷卻過程的分析步，均為隱式瞬態熱力耦合分析；

⑤設置載荷、邊界條件：在整個網格模型上加載熱源載荷，距焊縫一定距離處對部分節點做全約束；

⑥求解分析：對上述設置進行提交計算，獲取求解結果；

步驟(2)拉伸分析：

①導入網格模型：導入網格模型至非線性有限元分析軟件中；

②更改網格屬性：將導入的網格屬性設置為顯式求解器下的溫度-位移耦合單元，顯示求解器不需要進行平衡迭代，計算速度快且易收斂；

③賦予材料屬性：分別對焊縫區、熱影響區及母材賦予相應的材料屬性；

④設置分析步：設置拉伸過程的分析步為顯式動力學分析；

⑤設置預定義物理場、邊界條件：將步驟(1)中最終的求解結果以預定義物理場的方式加載至拉伸網格模型，將拉伸網格模型的一端全約束，另一端設置位移邊界，即單側拉伸；