[发明专利]焊接变形分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用数值分析计算焊接构造物(有时也简称为“构造物”)的变形、残留应力等的技术。

背景技术

在通过焊接施工制造大型构造物时，由于对焊接部附近的热积累及其后的冷却而发生焊接变形。为了降低该焊接变形，通常进行约束夹具的安装或焊接后的矫正作业等。在这种情况下，利用有限元法等数值分析来预测变形，以谋求应对变形的最佳化，这对于提高生产效率和降低成本是极为重要的。

在利用有限元法进行的焊接变形分析中，大致分为热弹塑性分析和固有应变法两种方法。利用热弹塑性分析进行的焊接变形分析，是在作为分析对象的焊接构造物中，由非稳定热传导分析求出焊接中的热履历，接着利用作为非线性分析的热弹塑性分析，分析焊接中的位移、应变及应力的履历的方法。

另一方面，利用固有应变法进行的焊接变形分析，是一种给予焊接构造物在焊接部及其附近产生的固有应变，利用作为线性分析的(热)弹性分析来计算焊接变形的方法。由焊接产生的固有应变是从表观应变中减去弹性应变的值，固体力学的范围内等同于残留塑性应变。

为了利用该固有应变法推定焊接构造物的焊接变形或残留应力，采取以下的步骤。首先，计测由实际的焊接产生的固有的焊接变形或残留应力，或者，利用将用于焊接构造物的焊接法、接头形状、焊接条件等图形化的单元模型，通过热弹塑性分析求出焊接变形或残留应力，将它们作为应变的最佳值并数据库化。其次，将数据库化的应变的最佳值赋予焊接构造物的模型，利用弹性分析法计算焊接变形或残留应力。

在专利文献1中揭示了一种焊接残留应力分析方法，所述方法将通过进行采用了三维模型的热弹性分析获得的热变形的结果作为变形约束条件，通过进行采用了二维模型的热弹塑性分析，能够提高分析精度，并且减少计算时间。

在专利文献2中揭示了一种分析方法，所述方法将利用线性分析的固有应变法分析焊接构造物整体的模型的各个固有应变成分转换成局部坐标系，计算出焊接变形、残留应力。

在专利文献3中揭示了一种分析方法，所述方法在利用焊接构造物的残留应力有限元法进行分析时，通过制约从焊接线到分析模型边界的轴向距离，缩短分析时间。

在专利文献4中揭示了一种分析方法，所述分析方法利用在约束条件下获得的焊接固有应变，求出在没有焊接后约束条件时的焊接变形。

在专利文献5中揭示了一种分析方法，所述分析方法只进行焊接附近的非线性分析，通过对于被焊接物进行线性分析，计算两个区域的临界面处的反作用力，通过以该反作用力之差处于规定的范围内的方式进行收敛运算，在短时间内计算出焊接变形。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]特开2009-36669号公报

[专利文献2]特开2004-330212号公报

[专利文献3]特开2003-194637号公报

[专利文献4]特开2006-879号公报

[专利文献5]WO2005/093612

发明内容

利用热弹塑性分析法进行的变形分析，由于将从焊接开始到完毕的过程以微小的时间间隔进行分析，所以，可以模拟近似于实际焊接的变形履历。但是，在大型焊接构造物的情况下，在分析模型中，需要庞大的元素数，热弹塑性分析需要长时间的计算时间，在现实当中，在很多情况下是不可能的。

根据专利文献1所揭示的方法，由于进行热弹塑性分析的是二维模型，所以可以缩短计算时间。但是，对于复杂的大型构造物的焊接变形，在很多情况下不能采用二维模型，存在着应用受到限制的问题。

固有应变法变形分析，由于只利用构造物的弹性分析进行分析就可以进行变形计算，所以，可以大幅度缩短计算时间。但是，将通过计算获得的固有应变分布赋予焊接构造物全体是不容易的。

即，由于在各个单元模型的热弹塑性分析时使用的模型网格与实际计算的焊接构造物的模型的网格不同，所以，在将由单元模型数据库化的固有应变赋予焊接构造物的模型时，易于由于坐标之间的换算而产生误差。结果，根据场合的不同，会产生将与实际焊接不同的固有应变分布赋予构造物模型的问题。

进而，在求出固有应变时使用的单元模型的约束条件一般不能反映焊接构造物的约束条件。因此，存在着赋予构造物模型的、由单元模型获得的固有应变的分布与由实际焊接产生的实际构造物的固有应变不同的问题。在很多情况下，通过将在与实际构造物不同的约束条件下获得的固有应变赋予构造物模型而计算出的变形，与实际焊接构造物的变形倾向不一致。