一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法、系统及存储介质，该方法包括导入焊接结构的仿真模型；按照焊接顺序，依次对每条焊缝加载热学边界条件，隐藏尚未施焊焊缝的填充单元，并激活已施焊焊缝的填充单元，模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程；输出仿真模型的焊接变形数据。本发明专利技术在焊接过程隐藏尚未施焊焊缝的填充单元，并激活已施焊焊缝的填充单元，增加仿真模型的结构刚度与实际结构相符度，从而提高仿真结果的准确度；解决了目前仿真方法中仿真结果与实际焊接变形差异偏差较大的难题。大的难题。大的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法


[0001]本专利技术涉及焊接
，具体涉及一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法。

技术介绍

[0002]固有应变法焊接仿真时，将固有应变参数作为初始应变值施加到焊接结构的焊缝及其附近单元中，进行弹塑性有限元数值计算，使焊缝附近单元与整个模型的拘束达到力学平衡状态，仿真获得焊接结构焊接变形分布，在仿真计算结构件焊接变形时，比传统的热弹塑性法焊接仿真，仿真效率高、计算周期短。
[0003]MAG焊或TIG填丝焊接时，电弧热源熔化焊丝，熔融的焊丝填充焊道，是一个动态过程。随着焊枪移动，焊道被不断填充，随着焊缝熔融金属的冷却，焊缝与母材实现稳定可靠的连接，致使整体结构的刚度不断增加，抗变形能力不断提升。对于多焊道结构，先焊焊缝与后焊焊缝之间，在焊接时的结构刚度方面存在较大差异，焊缝先焊时的结构刚度较小，焊缝后焊时的结构刚度较大。若在焊接仿真时，预先激活所有焊缝的填充单元参与数值计算，而无视先焊与后焊在结构刚度的差异，必然造成仿真结果的准确性降低。
[0004]现有固有应变法焊接仿真，包括常用商用软件SYSWELD中子模块weld
‑
planner、软件Simufact
‑
welding的收缩功能等，然而它们并未考虑到施焊过程中随着电弧热源移动、结构刚度不断变化的现象，导致仿真结果准确度不足。对于软件Simufact
‑
welding，在进行固有应变法焊接仿真时(即收缩算法)，将焊缝各处固有应变值一次性施加到所有焊缝，并未区分施焊顺序的先后，即仿真结果并不反映焊接顺序差异所导致的焊接变形差异；对于软件weld
‑
planner，在进行固有应变法焊接仿真时，虽然采用收缩算法按照焊接顺序逐步加载各条焊道的网格单元，但是预先激活所有焊缝填充单元参与力学平衡计算，忽略了先焊与后焊在结构刚度的差异，导致焊接仿真结果精度的降低。
[0005]综上，现有的固有应变法焊接仿真方法，无法区分施焊先后顺序差异所导致的结构刚度变化，致使仿真结果与实际焊接变形差异偏差较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法、系统及存储介质，以解决现有技术中无法区分施焊过程中焊接顺序先后所导致的结构刚度变化，从而致使仿真结果与实际焊接变形差异偏差较大的难题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0008]本专利技术公开了一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法，包括：
[0009]导入焊接结构的仿真模型；
[0010]按照焊接顺序，依次对每条焊缝加载热学边界条件，隐藏尚未施焊焊缝的填充单元，并激活已施焊焊缝的填充单元，模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程；
[0011]输出仿真模型的焊接变形数据。
[0012]进一步地，所述仿真模型通过焊接结构划分单元网格构建，构建仿真模型时焊缝
的根部间隙满足如下条件：
[0013]当焊缝的根部间隙尺寸C>k
·
S0时，构建网格模型时，焊缝根部网格按实际结构的尺寸构建；其中，S0为焊缝单元网格平均尺寸，k为比例系数，取值范围为0.15<k<0.25；
[0014]当焊缝的根部间隙尺寸C≤k
·
S0时，构建网格模型时，焊缝根部间隙尺寸重新设定为C＝k
·
S0。
[0015]进一步地，在模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程之前还包括：采用点焊或加固焊将待焊接的构件在相应的位置固定；
[0016]当点焊或加固焊位于焊缝根部时，在计算时预先激活点焊或加固焊处的节点单元，使其参与计算；
[0017]当点焊或加固焊不在焊缝区域时，设置点焊或加固焊处节点单元的共用节点，隐藏共用节点，使其不参与计算。
[0018]进一步地，所述焊缝动态填充过程为分段动态填充，分段动态填充包括：
[0019]根据焊缝长度设置分段数目；
[0020]根据焊接方向，从焊缝起始端到终止端，依次激活该条焊缝每段焊缝，从而模拟焊缝动态填充过程。
[0021]进一步地，所述根据焊缝长度设置分段数目包括：
[0022]当焊缝长度小于amm时，焊缝不分段，其中a为某特定长度值，取值范围为30mm<a<70mm；
[0023]当焊缝长度大于amm，且小于bmm时，将焊缝均分为2段，其中b为某特定长度值，取值范围为80mm<b<120mm；
[0024]当焊缝长度大于b mm，且小于cmm时，将焊缝均分为3段，其中c为某特定长度值，取值范围为250mm<c<350mm；
[0025]当焊缝长度大于或等于c mm时，将焊缝均分为5段。
[0026]进一步地，在导入焊接结构的仿真模型和模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程之间还包括如下步骤；
[0027]设置材料属性，其中，焊缝填充单元的线膨胀系数根据该焊缝的固有应变参数设置；
[0028]设置仿真模型的初始边界条件，以使仿真模型中所有单元的初始温度设置为定值；
[0029]设置位移边界条件，以使仿真模型中相应位置的母材固定特定方向的平动或转动；
[0030]设置热力学边界条件，根据焊缝的焊接顺序依次对每条焊缝设置冷却降温过程；其中，焊缝的温差根据该焊缝的固有应变参数设置。
[0031]进一步地，所述固有应变参数的设置方法包括：
[0032]采用实际焊接的方法获得标准接头试样的焊接变形分布，作为实际结果；
[0033]构建标准接头仿真模型；
[0034]对标准接头仿真模型中的焊缝区域施加降温冷却过程，实施固有应变法焊接仿真，计算标准接头仿真模型的变形分布，作为标准接头仿真模型的仿真结果；
[0035]当标准接头仿真模型的仿真结果与实际结果的差值小于设定值时，仿真时焊缝的
线膨胀系数It与冷却的温差
△
T即为所标定的固有应变参数。
[0036]进一步地，所述固有应变参数的设置方法包括：
[0037]采用热弹性法对标准接头仿真模型仿真，获得标准接头仿真模型的焊接变形、焊接应力与应变仿真结果；
[0038]提取标准接头仿真模型中焊缝填充模块各节点的塑性应变值ε
p
，计算填充单元各节点平均塑性应变值ε
pm
；
[0039]对整条焊缝的填充单元整体施加降温过程，设置冷却温差
△
T，使其与焊缝的填充单元的线膨胀系数I
t
乘积为焊缝起弧区域平均塑性应变值ε
pm
，该条焊缝的固有应变参数即为冷却温差
△
T与填充单元的线膨胀系数I
t
。
[0040]进一步地，对每条焊缝设置冷却降温过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现焊道动态填充的焊接仿真方法，其特征在于，包括：导入焊接结构的仿真模型；按照焊接顺序，依次对每条焊缝加载热学边界条件，隐藏尚未施焊焊缝的填充单元，并激活已施焊焊缝的填充单元，模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程；输出仿真模型的焊接变形数据。2.根据权利要求1所述的实现焊道动态填充的焊接仿真方法，其特征在于，所述仿真模型通过焊接结构划分单元网格构建，构建仿真模型时焊缝的根部间隙满足如下条件：当焊缝的根部间隙尺寸C>k
·
S0时，构建网格模型时，焊缝根部网格按实际结构的尺寸构建；其中，S0为焊缝单元网格平均尺寸，k为比例系数，取值范围为0.15<k<0.25；当焊缝的根部间隙尺寸C≤k
·
S0时，构建网格模型时，焊缝根部间隙尺寸重新设定为C＝k
·
S0。3.根据权利要求2所述的实现焊道动态填充的焊接仿真方法，其特征在于，在模拟实际焊接过程中焊缝动态填充过程之前还包括：采用点焊或加固焊将待焊接的构件在相应的位置固定；当点焊或加固焊位于焊缝根部时，在计算时预先激活点焊或加固焊处的节点单元，使其参与计算；当点焊或加固焊不在焊缝区域时，设置点焊或加固焊处节点单元的共用节点，隐藏共用节点，使其不参与计算。4.根据权利要求1所述的实现焊道动态填充的焊接仿真方法，其特征在于，所述焊缝动态填充过程为分段动态填充，分段动态填充包括：根据焊缝长度设置分段数目；根据焊接方向，从焊缝起始端到终止端，依次激活该条焊缝每段焊缝，从而模拟焊缝动态填充过程。5.根据权利要求4所述的实现焊道动态填充的焊接仿真方法，其特征在于，所述根据焊缝长度设置分段数目包括：当焊缝长度小于amm时，焊缝不分段，其中a为某特定长度值，取值范围为30mm<a<70mm；当焊缝长度大于amm，且小于bmm时，将焊缝均分为2段，其中b为某特定长度值，取值范围为80mm<b<120mm；当焊缝长度大于b mm，且小于cmm时，将焊缝均分为3段，其中c为某特定长度值，取值范围为250mm<c<350mm；当焊缝长度大于或等于c mm时，将焊缝均分为5段。6.根据权利要求1所述的实现焊道动态填...

【专利技术属性】
技术研发人员：付雷，王浩浩，方荣超，赵宇奇，谢春雷，
申请(专利权)人：徐州徐工挖掘机械有限公司，
类型：发明
国别省市：