一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法技术

本申请涉及一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，包括以下步骤：切割对焊接头，露出焊缝剖面并清洗后拍照；将拍照所得到的图像划分为多个区域并采用描点法取得每个区域边界点坐标；将各区域边界点坐标进行平面网格划分，并拉伸生成各区域的三维网格模型；最后将所有区域三维网格模型粘到一起形成焊接三维网格模型。该建模方法能够考虑焊缝熔池的实际尺寸，利用所建立的有限元网格模型可以更加准确的模拟对焊接头的焊接过程，得到更准确的残余应力及焊接残余变形结果，优化焊接工艺，提高焊接质量，从而提高对焊接头的安全性。接头的安全性。接头的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法


[0001]本专利技术涉及焊接制造
，具体涉及一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，该三维网格模型可用于焊接过程模拟，得到更准确的残余应力及焊接残余变形结果，优化焊接工艺，提高焊接质量。

技术介绍

[0002]有限元焊接模拟可以用于焊接工艺优化，通过模拟可以更合理的确定多道焊焊接分层数及各层的焊接顺序。合理的焊接工艺可以有效的降低焊接构件的残余变形并控制残余应力，提高焊接质量。
[0003]对于对焊接头，其对接焊焊缝剖面如图1所示。由图1中可以发现，焊接完成后部位母材熔化并与焊材结合，导致焊缝实际几何边界非常不规则，不同于焊接坡口的几何边界。
[0004]使用有限元方法模拟多道焊焊接过程，需要将焊缝的网格合理划分，并准确的确定每一层焊缝划分单元的编号，以便于在焊接模拟过程中热源移动时适时地激活相应的单元。为了便于焊缝的网格划分，并准确的掌握单元的编号信息，在以往的焊接有限元模拟过程中，焊缝一般采用焊接坡口的几何尺寸，不考虑焊缝熔池实际尺寸，如图2所示。而实际焊缝尺寸远大于坡口尺寸，且焊缝熔池实际边界非常不规则，如图1所示。
[0005]因此，有必要考虑实际熔池的实际尺寸，提供一种用于对焊接头有限元模拟的更为精细的焊缝三维网格模型。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述技术问题提供一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，该方法得到的三维网格模型能够准确的模拟焊缝的实际几何形状，用于焊接过程模拟可得到更准确的残余应力及焊接残余变形结果，优化焊接工艺，提高焊接质量。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案得以实现：
[0008]一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，包括以下步骤：
[0009]S1:以垂直于焊接的方向切割对焊接头，露出焊缝剖面，清洗焊缝剖面后对其进行拍照；
[0010]S2:将拍照所得到的图像划分为多个区域，包括第一母材区域、第二母材区域和每一层焊缝区域，所述每一层焊缝区域与实际熔池形貌相匹配；
[0011]S3:将S2中的每个区域的边界进行描点，并确定每个描点的坐标，并将所得到的每个区域边界的描点坐标输出至不同的文本文件，获得每个区域的边界点坐标文件；
[0012]S4:基于S3中得到的每个区域的边界点坐标文件，进行平面网格划分，生成每个区域的平面网格模型；
[0013]S5:将所述每个区域的平面网格模型通过拉伸生成每个区域的三维网格模型；
[0014]S6：将所有区域三维网格模型粘到一起得到所述用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型。
[0015]优选地，清洗焊缝剖面的具体步骤为：在对焊接头切割后，将切割面浸入电解浸蚀液中，通入电流进行浸蚀，显示金属显微组织，保证清晰地显示出每层焊道的边界。
[0016]优选地，S3中不同区域共用边界处要描相同点。
[0017]优选地，步骤S4中，拉伸是采用Fortran计算机语言将平面网格模型沿着焊接方向拉伸生成三维网格模型，同时将单元和节点信息按照生成顺序存储。
[0018]优选地，步骤S6中，将多层焊缝的三维网格模型与第一母材区域和第二母材区域的三维网格模型粘到一起时，边界单元共用节点。
[0019]优选地，步骤S3中，描点之前以垂直于焊缝的试件两侧面的中心线为原则来建立坐标系和原点。
[0020]优选地，步骤S6中，采用Fortran计算机语言同时将不同区域的三维网格模型的单元与节点信息分别建立集合。
[0021]优选地，步骤S4中，进行平面网格划分是基于Delaunay三角剖分方法，得到每个区域的三角形平面网格模型。
[0022]优选地，步骤S6中，将所有区域三维网格模型粘到一起的具体步骤为：将每一层焊缝区域的三维网格模型按照焊接顺序依次粘到一起，然后将整体焊缝区域的三维网格模型与第一母材区域和第二母材区域的三维网格模型粘到一起，即得到所述用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型。
[0023]本专利技术的有益效果是：该方法得到的三维网格模型能够准确的模拟焊缝的实际几何形状，用于焊接过程模拟可得到更准确的残余应力及焊接残余变形结果，优化焊接工艺，提高焊接质量。
附图说明
[0024]图1为对焊接头焊缝剖面特征示意图；
[0025]图2为传统对焊接头规则焊缝有限元网格模型示意图；
[0026]图3为本专利技术焊接剖面分区示意图；
[0027]图4为焊接剖面分区边界描点示意图；
[0028]图5至图8为图3中四个分区的二维平面网格示意图；
[0029]图9至图12为图3中四个分区的三维网格示意图；
[0030]图13为图3中四个分区二维平面网格粘到一起后的整体示意图；
[0031]图14为图3中四个分区三维网格粘到一起后的整体示意图。
具体实施方式
[0032]以下结合图3至图14和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0033]以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0034]现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和结构的相对布置不限制本专利技术的范围。
[0035]以下对一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。
[0036]如图3至图14所示，其为本专利技术的其中一个实施例，本实施例提供一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，包括以下步骤：
[0037]S 1:以垂直于焊接的方向切割对焊接头，露出焊缝剖面，清洗焊缝剖面后对其进行拍照；
[0038]在对焊接头切割后，将切割面浸入电解浸蚀液中，通入0.6
‑
1.0A较小电流进行浸蚀，以显示金属显微组织，这样一来能清晰地看出每层焊道的边界，最后通过工具显微镜进行拍照，确保后续S3中描点准确。其中，7wt％草酸、 20wt％氢氧化钠的水溶液作为电解浸蚀液。
[0039]S2:将拍照所得到的图像划分为多个区域，包括第一母材区域1、第二母材区域2和每一层焊缝区域，如图3所示，所述每一层焊缝区域与实际熔池形貌相匹配；
[0040]为了有限元模拟中生死单元的实现，必须严格控制每道焊缝的单元编号与顺序，因此对焊接头，特别是焊缝要分成多个分区，并分别生成有限元网格模型，其中分层焊每一层焊缝为一个分区，焊缝剖面两边的母材剖面分别划分为第一母材区域1和第二母材区域2。
[0041]S3:利用AutoCAD将S2中的每个区域的边界进行描点，并确定每个描点的坐标，并将所得到的每个区域边界的描点坐标输出至不同的文本文件，获得每个区域的边界点坐标文件；其中不同焊道共用边界要描相同点，确保边界协调，描点如图4所示；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:以垂直于焊接的方向切割对焊接头，露出焊缝剖面，清洗焊缝剖面后对其进行拍照；S2:将拍照所得到的图像划分为多个区域，包括第一母材区域、第二母材区域和每一层焊缝区域，所述每一层焊缝区域与实际熔池形貌相匹配；S3:将S2中的每个区域的边界进行描点，并确定每个描点的坐标，并将所得到的每个区域边界的描点坐标输出至不同的文本文件，获得每个区域的边界点坐标文件；S4:基于S3中得到的每个区域的边界点坐标文件，进行平面网格划分，生成每个区域的平面网格模型；S5:将所述每个区域的平面网格模型通过拉伸生成每个区域的三维网格模型；S6：将所有区域三维网格模型粘到一起得到所述用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型。2.如权利要求1所述的建立方法，其特征在于，清洗焊缝剖面的具体步骤为：在对焊接头切割后，将切割面浸入电解浸蚀液中，通入电流进行浸蚀，显示金属显微组织，保证清晰地显示出每层焊道的边界。3.如权利要求1所述的建立方法，其特征在于，S3中不同区域共用边界处要描相同点。4.如权利要求1所述的建立方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义，董华，张舟，柳长谊，
申请(专利权)人：中建三局第一建设工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：