[发明专利]一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法

权利要求书

1.一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立焊接实体几何模型，采用网格划分软件对其进行建模及四面体网格划分，获得激光焊接数值模拟模型；所述焊接实体几何模型包括焊接母材、局部干法排气罩以及激光发射发射器；其中，所述局部干法排水罩将整个焊接区域划分成液相区和气相区；

S2：初始化计算域温度、压力、速度条件，并设置时间步长Δ_t0；

S3：设定边界条件，所述边界条件包括压力入口、压力出口和流体域；

S4：离散化求解温度场及S3中所述边界条件；

S5：确定流动区域，处理和修正反冲压力边界条件，求解流动场，包括如下步骤：

S51：在开始数值分析前，定义反冲压力模型；

S52：建立焊接过程中所述反冲压力模型的修正模型；分析金属蒸发时的蒸发反作用力、还有随着水深的增加压力逐渐增大的过程以及由于水的存在而带来的能量损失；

S6：基于所述反冲压力模型及其修正模型，处理自由界面速度边界条件并更新自由表面Level Set函数；

S7：更新时间步长直至计算结束，并存盘退出；

局部干法水下激光焊接工作固-液区稳定计算的最大时间步长可用下列公式表示：

并取(Δt₀,Δt_m)两者的最小值作为更新的时间步长Δt_i，其中，i＝1,2…，表示第i步计算，最大条件数C_max＝0.5～1.0，u_mx，u_my，u_mz分别为工作固-液区网格中心点的熔池速度在x、y、z三个方向的分量；Δx，Δy，Δz分别为网格在x、y、z三个方向的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S51中环境压力远小于反冲压力，则所述反冲压力可用下列公式表示：

式中，P_r表示反冲压力；T_s表示焊接过程的表面温度，是一个变量；p₀表示一个标准大气压，其值为1.013×10⁵Pa；T_v表示材料在标准大气压下的沸点；系数β_R表示再凝结颗粒与蒸发颗粒的比值；ΔH_v表示蒸发汽化过程中的相变焓，其值等于每个原子的原子质量与蒸发潜热的乘积；k_B表示波尔兹曼常数，其值为1.38×10^-23J/K。

3.根据权利要求1或2所述的一种不同水深压力下局部干法水下激光焊接数值模拟方法，其特征在于，步骤S52中，对于任意给定深度的环境压力P_amb，所述修正模型可用下列公式表示：

式中，P_s表示修正反冲压力；T_s表示焊接过程的表面温度，是一个变量；P_amb表示任意给定深度的环境压力；p₀表示一个标准大气压，其值为1.013×10⁵Pa；T_v表示材料在标准大气压下的沸点；系数β_R表示再凝结颗粒与蒸发颗粒的比值；ΔH_v表示蒸发汽化过程中的相变焓，其值等于每个原子的原子质量与蒸发潜热的乘积；k_B表示波尔兹曼常数，其值为1.38×10^-23J/K；T_vb为相交点的温度。