基於OCr15Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法
2023-10-17 01:57:14 2
專利名稱：基於OCr15Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法
技術領域：
本發明涉及計算機模擬仿真焊接方法,尤其是涉及基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法。
背景技術：
框架結構是工廠企業常遇到的焊接結構，對焊接變形、應力分布在焊前做出預測是這類焊接生產中最有價值(或最重要)的工作。0Crl5Ni5Cu2Ti是一種新型的航空用不鏽鋼材料，其良好的機械性能和焊接性能使其成為重 要的航空用材料。但是，焊接是一個涉及許多學科的複雜的物理一化學過程，其間涉及的變量因素數目繁多；如電磁效應、電弧的熱能和壓力分布、熔池形態、氣化等。如果在焊接中用試加工試驗來獲取焊接變形、應力分布等工藝參數則成本太高，因此有必要在焊前進行焊接過程的計算機仿真，並且在焊接仿真中應當考慮以實際環境中主要因素建立數學模型，減化這一框架結構件的焊接過程，使仿真逼進實際過程，否則，會造成焊接仿真的資源成本太高，甚至仿真結果不收斂的現象。
發明內容
本發明目的在於提供一種基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，達到降低對所述焊接結構件的焊接有限元仿真過程的複雜性，以利於實際應用及推廣普及。為實現上述目的，本發明採取下述技術方案
本發明所述基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，在計算機硬體平臺上，使用市售的熱力學有限元分析軟體，對框架結構焊接過程進行虛擬加工，具體步驟如下
第一步、針對焊縫區固相區彈塑性力學結構，選擇熱力學中的非線性隨動彈塑性模型做為焊接零件的數學模型；非線性隨動的參數按其材料進行設置；
第二步、提取焊縫區域的單元體編號，並按焊縫分段情況分組，按分組設置焊縫區數組，對焊縫區數組內的單元體提取單元體三維坐標，按實際焊接順序依據三維坐標值對單元體進行排序；然後撤銷焊縫區數組內單元體所有特性；最後按焊接順序逐個恢復單元體特性，並同時對恢復特性的單元體施加熱載荷，以此模擬焊縫從無到有的焊接過程；
第三步、以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度在6mm-13mm內的所有單元體同時施加熱載荷，被施加熱載荷的單元稱為載荷區；在載荷區內，對距起點每增加2_的單元體，將其熱載荷減少500焦耳-800焦耳；對移至載荷區外的單元體，刪除其熱載荷，以此模擬移動電弧熱影響區。所述第一步的非線性隨動參數，其設置如下
溫度為30°C時，後繼屈服強度1320MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ；
溫度為300°C時，後繼屈服強度1190MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ；
溫度為500°C時，後繼屈服強度1050MPa，屈服後的切線彈模量17. OGPa ；溫度為1000°c時，後繼屈服強度435MPa，屈服後的切線彈模量2. OGPa ；
溫度為1500°C時，後繼屈服強度70MPa，屈服後的切線彈模量0. IGPa ；
溫度為1600°C時，後繼屈服強度IOOPa，屈服後的切線彈模量9e-8GPa。所述非線性隨動參數適用於零件材料的供應狀態為經950°C固溶處理、室溫屈服強度為13IOMPa、厚度為3_ 5_的0Crl5Ni5Cu2Ti板材。所述框架結構的長度為0. 5m至2m，長度寬度≤5 I ;其焊縫寬度≤10毫m。所述計算機仿真焊接的焊接類型為氬弧焊、CO2焊、手工電弧焊。所述第二步中焊縫區域的單元體網格大小設置統一的固定值，單元體均勻分布；當框架結構的長度為0. 5m至Im,則單元體大小設為Imm ;當框架結構的長度為Im至I. 5m,則單元體大小設為;當框架結構的長度為I. 5m至2m,則單元體大小設為I. 5mm-3mm0所述第三步對單元體施加的熱載荷為當焊接電流110A、起弧後電壓為18V時，以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度為的載荷區內的單元體同時施加熱載荷；當焊接電流130A、起弧後電壓21V時，以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度在8mm-13_的載荷區內的單元體同時施加熱載荷。所述計算機硬體平臺的最低配製為CPU :四核，主頻2. 5G Hz ;內存DDR2，頻率1333MHz，容量4G ;硬碟不小於2T。本發明優點在於解決了工廠企業在對0Crl5Ni5Cu2Ti不鏽鋼材料的框架結構焊接仿真上的難題。本方法使用程序控制焊縫區的有限元模型，達到模擬焊接過程，對焊接變形和應力分布做出預測的目的，降低了對所述焊接結構件的焊接有限元仿真過程的複雜性。同時，模擬仿真焊接過程時間短，普通技術人員2-4天即可完成。同時，所使用的熱力學有限元分析軟體市場即可購得，計算機硬體水平為普通型微機，為焊接模擬仿真技術在工礦企業的實際應用及推廣普及提供了方便。
圖I是本發明計算機仿真焊接程序流程框圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明作進一步的說明
在配製不低於CPU :四核、主頻2. 5GHz ;內存DDR2、頻率1333MHz、容量4G ;硬碟2T的計算機硬體平臺上，使用市場銷售的熱力學有限元分析軟體，對基於總長度為Im至2m、長寬比(或長高比X 5 I、零件厚度為板材、，其焊縫寬(焊角高)不超過10mm、材料為0Crl5Ni5Cu2Ti不鏽鋼的框架結構的焊接過程進行計算機模擬仿真，以得到焊接變形和焊接應力分布；計算機模擬仿真焊接類型為氬弧焊、CO2焊、手工電弧焊。其中零件材料為焊前經950°C固溶處理、室溫屈服強度為1310MPa、厚度為的0Crl5Ni5Cu2Ti板材。具體步驟如下
第一步、針對焊縫區固相區彈塑性力學結構，選擇熱力學中的非線性隨動彈塑性模型做為焊接零件的數學模型；非線性隨動強化的參數，其設置如下
溫度為30°C時，後繼屈服強度1320MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ；溫度為300°C時，後繼屈服強度1190MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ；
溫度為500°C時，後繼屈服強度1050MPa，屈服後的切線彈模量17. OGPa ；
溫度為1000°C時，後繼屈服強度435MPa，屈服後的切線彈模量2. OGPa ；
溫度為1500°C時，後繼屈服強度70MPa，屈服後的切線彈模量0. IGPa ；
溫度為1600°C時，後繼屈服強度IOOPa，屈服後的切線彈模量9e-8GPa ；
第二步、提取焊縫區域單元體編號，並按焊縫分段情況分組，按分組設置焊縫區數組；所有焊縫區域的單元體網格大小設置統一的固定值，單元體均勻分布；框架結構長度為Im至I. 5m時,單兀體大小設為;框架結構長度為I. 5m至2m,則單兀體大小設為 I.5mm-3mm ；
第三步、對焊縫區數組內的單元體，提取單元體三維坐標；按實際焊接順序，依據三維坐標值對單元體進行排序，以此模擬實際焊接順序；撤銷焊縫區數組內單元體所有特性；然後按焊接順序逐個恢復單元體特性，並同時對恢復特性的單元體施加熱載荷，以此模擬焊縫從無到有的焊接過程；
第四步、當焊接電流110A、起弧後電壓18V時，則沿已焊接完畢的焊縫方向，以剛恢復特性的單元體為起點，對長度在6mm-8_內的單元體同時施加熱載荷,該長度區域稱為第一載荷區。當焊接電流130A、起弧後電壓21V，則沿已焊接完畢的焊縫方向，以剛恢復特性的單元體為起點，對長度在8mm-l3_內的單元體同時施加熱載荷,該8mm_l3_長度區域稱為第二載荷區；
在第一、第二載荷區內，對距起點每增加2_的單元體，將其熱載荷減少500焦耳-800焦耳；對移至載荷區外的單元體，刪除其熱載荷，以此模擬移動電弧熱影響區；
第五步、進行冷卻過程分析。
權利要求
1.一種基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法,在計算機硬體平臺上，使用市售的熱力學有限元分析軟體，對框架結構焊接過程進行虛擬加工，其特徵在於具體步驟如下 第一步、針對焊縫區固相區彈塑性力學結構，選擇熱力學中的非線性隨動彈塑性模型做為焊接零件的數學模型；非線性隨動的參數按其材料進行設置； 第二步、提取焊縫區域的單元體編號，並按焊縫分段情況分組，按分組設置焊縫區數組，對焊縫區數組內的單元體提取單元體三維坐標，按實際焊接順序依據三維坐標值對單元體進行排序；然後撤銷焊縫區數組內單元體所有特性；最後按焊接順序逐個恢復單元體特性，並同時對恢復特性的單元體施加熱載荷，以此模擬焊縫從無到有的焊接過程； 第三步、以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度在6mm-13mm內的所有單元體同時施加熱載荷，被施加熱載荷的單元稱為載荷區；在載荷區內，對距起點每增加2_的單元體，將其熱載荷減少500焦耳-800焦耳；對移至載荷區外的單元體，刪除其熱載荷，以此模擬移動電弧熱影響區。
2.根據權利要求I所述基於OCrl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述第一步的非線性隨動參數，其設置如下 溫度為30°C時，後繼屈服強度1320MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ； 溫度為300°C時，後繼屈服強度1190MPa，屈服後的切線彈模量20. 6GPa ； 溫度為500°C時，後繼屈服強度1050MPa，屈服後的切線彈模量17. OGPa ； 溫度為1000°C時，後繼屈服強度435MPa，屈服後的切線彈模量2. OGPa ； 溫度為1500°C時，後繼屈服強度70MPa，屈服後的切線彈模量0. IGPa ； 溫度為1600°C時，後繼屈服強度IOOPa，屈服後的切線彈模量9e-8GPa。
3.根據權利要求2所述基於OCrl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述非線性隨動參數適用於零件材料的供應狀態為經950°C固溶處理、室溫屈服強度為1310MPa、厚度為3_ 5_的OCrl5Ni5Cu2Ti板材。
4.根據權利要求I所述基於OCrl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述框架結構的長度為0.5m至2m，長度寬度<5 I ;其焊縫寬度< 10毫m。
5.根據權利要求I所述基於OCrl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述計算機仿真焊接的焊接類型為氬弧焊、CO2焊、手工電弧焊。
6.根據權利要求I所述基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述第二步中焊縫區域的單元體網格大小設置統一的固定值，單元體均勻分布；當框架結構的長度為0. 5m至Im,則單元體大小設為Imm ;當框架結構的長度為Im至I. 5m,貝Ij單元體大小設為;當框架結構的長度為I. 5m至2m,則單元體大小設為I. 5mm-3mm。
7.根據權利要求I所述基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述第三步對單元體施加的熱載荷為當焊接電流110A、起弧後電壓為18V時，以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度為的載荷區內的單元體同時施加熱載荷；當焊接電流130A、起弧後電壓21V時，以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向，對長度在8mm-13mm的載荷區內的單元體同時施加熱載荷。
8.根據權利要求I所述基於0Crl5Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，其特徵在於所述計算機硬體平臺的最低配製為CPU :四核，主頻2. 5G Hz ;內存DDR2，頻率1333MHz,容量4G硬碟不小於2T。
全文摘要
本發明公開了一種基於OCr15Ni5Cu2Ti框架結構的計算機仿真焊接方法，步驟一、針對焊縫區固相區彈塑性力學結構，選擇熱力學中的非線性隨動彈塑性模型為焊接零件數學模型；二、提取焊縫區域單元體編號，對焊縫區數組內單元體提取三維坐標，按焊接順序依據三維坐標值對單元體排序後撤銷焊縫區數組內單元體所有特性；按焊接順序逐個恢復單元體特性，對恢復特性的單元體施加熱載荷；三、以恢復特性的單元體為起點，沿已焊接完畢的焊縫方向對所有單元體同時施加熱載荷，對距起點每增加2mm的單元體，將其熱載荷減少500焦耳-800焦耳；對移至載荷區外的單元體，刪除其熱載荷，以此模擬移動電弧熱影響區。
文檔編號G06F17/50GK102708263SQ20121018737
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者孫宏峰, 梁可夫, 王國才, 董偉明, 高磊 申請人:鄭州飛機裝備有限責任公司