一種基於ansys的管線鋼焊接溫度場預測方法
2023-12-12 23:21:52
一種基於ansys的管線鋼焊接溫度場預測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，其特徵在於：該方法依次包括：應用ANSYS有限元分析軟體編寫參數化設計程序；對焊件在實際焊接情況下進行溫度分析計算；繪製出焊件上某點溫度隨時間變化曲線以及任一時刻溫度隨所選點位置變化的曲線。本發明分析成本較低，且效率及準確度較高。
【專利說明】一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種溫度場預測方法，尤其涉及一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法。
【背景技術】
[0002]目前，管線鋼主要用於輸送石油、天然氣。眾所周知，大型的管道施工時必然要使用到焊接，而焊接是一個局部快速加熱、冷卻、凝固的過程，涉及電弧物理、介質傳熱、冶金和力學機制。若使用試驗法來分析焊接溫度場的變化，雖可以達到一定的精度，但測試過程比較複雜，費時費力，而且費用高昂，因此存在難以普及的缺陷與問題。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種分析成本較低，且效率及準確度較高的基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，該方法依次包括:應用ANSYS有限元分析軟體編寫參數化設計程序；對焊件在實際焊接情況下進行溫度分析計算；繪製出焊件上某點溫度隨時間變化曲線以及任一時刻溫度隨所選點位置變化的曲線；
所述溫度分析計算依次包括:
步驟(I):在ANSYS中創建實體模型；
步驟(2):網格劃分:首先定義材料屬性；然後定義單元屬性，選用熱分析單元S0LID70 ;最後劃分網格，並採用掃掠的方式完成對網格的劃分；
步驟(3):施加熱源載荷，選擇熱源計算公式，定義熱源參數；
步驟(4):求解，通過步驟(3)中定義的熱源計算公式求解出溫度場的分布；
步驟(5):後處理，完成求解之後點擊顯示出溫度場雲圖。
[0005]所述步驟(2)中的材料屬性包括:材料密度、熱傳導係數和比熱容。
[0006]所述步驟(2)中劃分網格時，母材區網格尺寸與焊縫及熱影響區網格尺寸比值不小於1.5。
[0007]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
由於本發明的基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，可通過對比不同參數下的計算結果來確定最佳焊接工藝參數，也可選擇焊件內部的一些點來分析焊件內部溫度變化情況，並可大大減少分析時間，而且有限元分析方法不需要複雜的分析工具，極大的節約了人力、物力，因此本發明分析成本較低，且效率及準確度較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明焊接件的設計圖；
圖2是本發明焊接件的有限元模型；圖3是本發明實施例1在焊接開始時的溫度分布；
圖4是本發明實施例1在焊接過程中的溫度分布；
圖5是本發明實施例1在焊接結束時的溫度分布；
圖6是本發明實施例1在冷卻2400秒後的溫度分布；
圖7是本發明實施例2在焊接開始時的溫度分布；
圖8是本發明實施例2在焊接過程中的溫度分布；
圖9是本發明實施例2在焊接結束時的溫度分布；
圖10是本發明實施例1中焊縫表面及內部兩點溫度隨時間變化的曲線；
圖11是本發明實施例2中焊縫表面一點溫度隨時間變化的曲線。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明
本發明的一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，該方法依次包括:應用ANSYS有限元分析軟體編寫參數化設計程序；參照圖1所示焊件的設計圖對焊件在實際焊接情況下進行溫度分析計算；繪製出焊件上某點溫度隨時間變化曲線以及任一時刻溫度隨所選點位置變化的曲線；
其中，溫度分析計算依次包括:
步驟(1):在ANSYS中創建實體模型，如圖2所示；
步驟(2):網格劃分:首先定義材料屬性，該材料屬性包括:材料密度、熱傳導係數和比熱容；然後定義單元屬性，並選用熱分析單元S0LID70 ;最後劃分網格，為得到精確的計算結構，母材I區網格尺寸與焊縫3及熱影響區2尺寸比值需不小於1.5，並採用掃掠的方式來完成對網格的劃分；
步驟(3):施加熱源載荷，選擇熱源計算公式，定義熱源參數，熱源計算公式的選取需根據實際焊接方法來定，例如:表面堆焊、薄板焊等可選用高斯熱源模型；埋弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護焊等電弧衝擊效應較大的焊接方法可選用雙橢球熱源模型。
[0010]高斯熱源計算公式:
【權利要求】
1.一種基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，其特徵在於:該方法依次包括:應用ANSYS有限元分析軟體編寫參數化設計程序；對焊件在實際焊接情況下進行溫度分析計算；繪製出焊件上某點溫度隨時間變化曲線以及任一時刻溫度隨所選點位置變化的曲線。
2.根據權利要求1所述的基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，其特徵在於:所述溫度分析計算依次包括: 步驟(1):在ANSYS中創建實體模型； 步驟(2):網格劃分:首先定義材料屬性；然後定義單元屬性，選用熱分析單元S0LID70 ;最後劃分網格，並採用掃掠的方式完成對網格的劃分； 步驟(3):施加熱源載荷，選擇熱源計算公式，定義熱源參數； 步驟(4):求解，通過步驟(3)中定義的熱源計算公式求解出溫度場的分布； 步驟(5):後處理，完成求解之後點擊顯示出溫度場雲圖。
3.根據權利要求2所述的基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，其特徵在於:所述步驟(2)中的材料屬性包括:材料密度、熱傳導係數和比熱容。
4.根據權利要求2所述的基於ANSYS的管線鋼焊接溫度場預測方法，其特徵在於:所述步驟(2)中劃分網格時，母材區網格尺寸與焊縫及熱影響區網格尺寸比值不小於1.5。
【文檔編號】G06F17/50GK103605862SQ201310624243
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】嚴春妍, 祁帥, 史志丹, 田松亞 申請人:河海大學常州校區