【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接工艺数值仿真，具体而言，涉及基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法、设备及介质。
技术介绍
1、管板焊接作为一种重要的连接工艺，常用于换热器、化工反应器、塔器等设备的制造中，焊缝的质量对设备安全性和可靠性至关重要。蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备，其蒸汽发生单元是蒸汽发生器的核心部件，由管板、传热管及其他组件构成。蒸汽发生单元制造过程涉及大量的管板与传热管的环形焊缝电子束焊接工作。蒸汽发生单元管板焊接作为蒸汽发生单元关键的制造工序，焊缝数量多、焊接区域广、焊接难度大以及焊接要求高，但焊接时零部件受到不均匀加热作用，将不可避免地会产生焊后变形。由于制造过程多个管板焊接变形的累计，最终导致装配件整体的尺寸偏差，影响单元后续工序加工装配和成型质量，所以需要对管板焊接工艺进行研发和焊接变形控制。
2、在传统焊接工艺研发中，需要进行大量的工艺试验对比分析，得到较小的焊接变形工艺参数，不仅研发周期长、试验成本高，而且焊接控制变形机理和规律难以深入研究，焊接残余应力无法提前准确预测，焊后变形无法精确控制。随着计算机算力的提升和有限元技术的发展，焊接工艺有限元仿真逐渐应用到焊接工艺研发，提高了工艺研发效率和焊接质量。
3、目前焊接仿真方法已经广泛应用在船舶制造、航空航天、石油化工等领域的焊接结构件工艺研发，但针对核能领域的蒸汽发生器钛合金管板焊接，还未有基于通用有限元分析软件建立焊接仿真模型、计算流程和模拟方法。
4、有鉴于此，特提出本申请。
技
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法、设备及介质，针对蒸汽发生单元制造中的管板焊缝电子束焊接过程，建立基于abaqus的焊接工艺仿真模型和流程，通过建立管板焊接结构有限元模型，施加并校核热源模型，开展不同焊接顺序下的焊接过程热力耦合数值模拟计算研究，依次完成焊接温度场、应力应变场的模拟计算，分析得到焊接过程中温度变化趋势、应力分布情况以及焊接变形分布，从而减少焊接试验成本和时间，为焊接工艺的快速迭代提供理论参考和数据支撑，指导后续工艺参数优化。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，包括如下步骤：
4、s1，几何模型建立与模型输入参数获取
5、按照实际尺寸，在abaqus-part模块通过拉伸、旋转及扫掠等多种手段建立换热管以及管板三维几何模型，焊件母材为钛合金，传热管与管板之间为间隙配合，在软件jmatpro里输入材料成分计算得到随温度变化的材料力学性能参数和热物理性能参数；
6、s2，有限元建模
7、基于s1的几何模型，进行网格划分得到结构网格模型，赋予不同的网格单元类型，通过对材料参数、接触条件、边界条件参数的转化及设置，以及在焊缝处施加焊接热源，建立实际焊接过程的有限元模型；
8、s3，温度场计算分析及热源校核
9、基于s2的有限元模型，在abaqus中进行焊接温度场的计算，得到不同时刻不同位置的温度分布，通过实际熔池与仿真模型温度的对比，对焊接热源进行校核，反复迭代计算以得到更加符合实际情况的焊接仿真结果；
10、s4，力学场计算分析
11、基于s3的温度场结果，采用热力耦合的顺序耦合方法，计算得到焊接结构焊接应力应变分布，进而得到焊接残余应力和焊接变形分布；
12、s5，焊接顺序分析
13、基于s3和s4的计算流程，通过在不同时刻对焊缝施加焊接热源，计算分析不同焊接顺序下的焊接变形，根据整体变形量大小获取焊接工艺参数。
14、在某一具体实施方式中，步骤s1中，所述材料的力学性能参数和热物理性能参数包括弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热率、比热容、密度和屈服强度。
15、在某一具体实施方式中，步骤s2中，对几何模型进行有限元网格划分具体如下：基于几何模型进行渐变网格划分，在环形焊缝区及其附近采用精细的网格尺寸，而远离焊接层区域则采用稀疏的网格分布，网格尺寸逐渐增加。
16、在某一具体实施方式中，步骤s2中，还包括分析步设置，具体如下：将整个焊接过程每两步设置为热源加热步和焊后冷却步，焊接开始时启动热源加热步，焊接结束后进行一段时间的焊后冷却步，重复进行下一条焊道的焊接，最后为焊接完成后的冷却分析步。
17、在某一具体实施方式中，步骤s2中，边界条件设置包括热学边界条件设置和力学边界条件设置。
18、在某一具体实施方式中，焊接热学边界条件设置具体如下：
19、将焊接结构初始温度和环境温度均定义为20℃；
20、将热对流与热辐射条件综合为传热边界；
21、对模型的所有外表面均设置相同的传热边界条件。
22、在某一具体实施方式中，焊接力学边界条件设置具体如下：在仿真模型中约束夹具区域的x，y，z三个方向的平移自由度，并在焊后释放夹具约束后，对整体结构施加三点约束。
23、在某一具体实施方式中，步骤s2中，基于热源子程序施加焊接热源进行焊缝加热作用，热源模型采用高斯体热源模型，计算文件包括ini热源文件、ini轨迹文件、ini热源与轨迹关联文件、dll热源编译文件、inp模型输入文件、env环境文件以及bat批处理文件。
24、在某一具体实施方式中，步骤s3具体如下：
25、基于焊缝尺寸、经验准则定义热源参数初始值，提交瞬态分析求解后获得温度场初始计算结果，并将初步仿真结果熔池形貌与实际焊接熔池尺寸对比，不断调整热源参数迭代运算，最终校核获得同实际熔池形状接近的热源模型。
26、在某一具体实施方式中，步骤s4具体如下：
27、采用热力顺序耦合的热-弹塑性有限元法，进行焊接力学场分析计算，将获得的焊接温度场模拟结果导入网络模型进行应力应变场计算，最终得到焊接残余应力以及焊接变形。
28、第二方面，本专利技术还提供一种电子设备包括：
29、处理器；
30、存储器；
31、以及计算机程序，其中所述计算机程序被存储在所述存储器中，所述计算机程序包括指令，当所述指令被所述处理器执行时，使得所述电子设备执行所述模拟方法。
32、第三方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行所述模拟方法。
33、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
34、1、本专利技术实施例提供的基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法、设备及介质，建立基于abaqus的焊接工艺仿真模型和流程，通过建立管板焊接结构有限元模型，施加并校核热源模型，开展不同焊接顺序下的焊接过程热力耦合数值模拟计算研究，依次完成焊接温度场、应力应变场的模拟计算本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S1中，所述材料的力学性能参数和热物理性能参数包括弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热率、比热容、密度和屈服强度。
3.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中，对几何模型进行有限元网格划分具体如下：基于几何模型进行渐变网格划分，在环形焊缝区及其附近采用精细的网格尺寸，而远离焊接层区域则采用稀疏的网格分布，网格尺寸逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中，还包括分析步设置，具体如下：将整个焊接过程每两步设置为热源加热步和焊后冷却步，焊接开始时启动热源加热步，焊接结束后进行一段时间的焊后冷却步，重复进行下一条焊道的焊接，最后为焊接完成后的冷却分析步。
5.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中
6.根据权利要求5所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，焊接热学边界条件设置具体如下：
7.根据权利要求5所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，焊接力学边界条件设置具体如下：在仿真模型中约束夹具区域的相应的X，Y，Z三个方向的平移自由度，并在焊后释放夹具约束后，对整体结构施加三点约束。
8.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S2中，基于热源子程序施加焊接热源进行焊缝加热作用，热源模型采用高斯体热源模型，计算文件包括ini热源文件、ini轨迹文件、ini热源与轨迹关联文件、dll热源编译文件、inp模型输入文件、env环境文件以及bat批处理文件。
9.根据权利要求8所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S3具体如下：
10.根据权利要求8所述的基于ABAQUS的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S4具体如下：
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至10中任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤s1中，所述材料的力学性能参数和热物理性能参数包括弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热率、比热容、密度和屈服强度。
3.根据权利要求1所述的基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤s2中，对几何模型进行有限元网格划分具体如下：基于几何模型进行渐变网格划分，在环形焊缝区及其附近采用精细的网格尺寸，而远离焊接层区域则采用稀疏的网格分布，网格尺寸逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤s2中，还包括分析步设置，具体如下：将整个焊接过程每两步设置为热源加热步和焊后冷却步，焊接开始时启动热源加热步，焊接结束后进行一段时间的焊后冷却步，重复进行下一条焊道的焊接，最后为焊接完成后的冷却分析步。
5.根据权利要求1所述的基于abaqus的管板焊缝电子束焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤s2中，边界条件设置包括热学边界条件设置和力学边界条件设置。
6.根据权利要求5所述的基于abaqus的管板焊缝电子...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈恬曦，徐少峰，芦丽莉，林腾飞，丁涛，陈家豪，刘铖丹，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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