[发明专利]一种大直径双层柔性焊件应力与应变的模拟方法

说明书

本发明属于焊接变形模拟技术领域。为了控制焊接工艺参数与焊接件之间的变形关系，保证钢板混凝土(SC)结构的施工质量，本发明公开了一种大直径双层柔性焊件应力与应变的模拟方法，用于对SC结构单元中大型双层柔性钢面板的焊接操作进行模拟分析。该模拟方法包括：步骤S1，建立小板焊接试件；步骤S2，建立焊接接头模型；步骤S3，进行小板焊接试件的焊接操作；步骤S4，进行焊接接头模型的模拟焊接；步骤S5，进行焊件模型的建立和模拟。采用本发明的方法进行焊接操作前的模拟计算，可以预先明确焊接工艺与焊接变形之间的关系，从而及时对焊接工艺进行优化调整，保证最终的焊接质量。

技术领域

本发明属于焊接变形模拟技术领域，具体涉及一种大直径双层柔性焊件应力与应变的模拟方法。

背景技术

CAP1400核电站是全球首个中国自主研发的核反应堆，屏蔽厂房作为核岛安全壳外部主要的保护部分，是核电站抵抗内外部事故最重要的构筑物之一。目前，CAP1400屏蔽厂首次采用的钢板混凝土(SC)结构，由大直径环形双层柔性整圈模块依次构成，其中每圈模块又有多个独立模块依次拼装焊接而成，而独立模块则由内层钢板、外层钢板以及位于两者之间的对穿钢筋连接固定组成。由于模块拼装精度高，变形控制必须在极小的范围内，施焊后还需保证自身的强度、刚度以及稳定性，这对焊接施工提出了很高的要求。

由于SC结构单元是大型双层柔性钢面板结构，重量重、体积大、整体刚度小、局部刚度大，因此在拼装和焊接过程中不可避免的会出现结构变形并且变形后矫正困难，进而影响其后续的承载力。同时，针对CAP1400项目中SC结构钢板采用Q345B钢材，现场拼装时钢板长度为12000mm，但厚度仅为20mm-25mm，结构复杂、焊接量大、焊接线程长，对焊缝质量要求高，且必须两面同时对称施焊，且完成组装焊接要后满足半径偏差±6mm之内的设计要求。因此，如果直接对大型双层柔性钢面板进行焊接操作，则极易出现由于焊接工艺参数不合适而引起的不可逆转结构变形，从而影响钢板混凝土(SC)结构的施工质量。

发明内容

为了控制焊接工艺参数与焊接件之间的变形关系，保证钢板混凝土(SC)结构的施工质量，本发明提出了一种大直径双层柔性焊件应力与应变的模拟方法，用于对SC结构单元中大型双层柔性钢面板的焊接操作进行模拟分析。该模拟方法，包括以下步骤：

步骤S1，建立小板焊接试件；根据待模拟焊件中焊缝的类型，选用与待模拟焊件相同材质的焊件进行小板焊接试件的组建；

步骤S2，建立焊接接头模型；根据小板焊接试件的设置，进行焊接接头模型的建立，使焊接接头模型中的焊缝位置、类型和尺寸与小板焊接试件中的焊缝位置、类型和尺寸保持相同；

步骤S3，进行小板焊接试件的焊接操作；根据设计要求进行小板焊接试件的焊接操作，并且采集焊接温度热循环曲线以及小板焊接试件的焊接应力变化数据和变形量数据；

步骤S4，进行焊接接头模型的模拟焊接；将步骤S3中获得焊接温度热循环曲线加载至焊接接头模型中的对应焊缝位置处，并且以步骤S3中小板焊接时产生的应力变化和变形量作为标准，根据模拟焊接产生的应力变化和变形量对模拟加载的焊接温度热循环曲线进行反复调整校核，直至模拟焊接产生的应力变化和变形量与小板焊接时产生的应力变化和变形量一致，记录保存对应焊接接头的最终焊接温度热循环曲线；

步骤S5，进行焊件模型的建立和模拟；根据焊件的实际尺寸参数、材质种类和焊缝类型，进行焊件模型的建立，并将步骤S4中获得的对应焊接接头的焊接温度热循环曲线加载至焊件模型中的对应焊接接头位置处，从而完成对焊件模型的模拟操作。

优选的，在所述步骤S5中，进行双层柔性焊件模型的建立时，在保持对穿钢筋的分布密度和长度尺寸不变的情况下，将对穿钢筋的截面由圆形改为方形。

优选的，在所述步骤S2和所述步骤S5中，进行焊接接头模型和焊件模型的建立时，选用单层的三角形单元对焊缝附近过渡区域的网格进行划分和连接。