[发明专利]一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法

权利要求书

1.一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：对模拟对象进行分析，利用三维造型软件建立三维实体模型，将三维实体模型以.x_t文件格式导出，并将此文件导入到ABAQUS有限元软件；

步骤2：对整个模型进行分区，切出重点研究的区域；

步骤3：对重点研究的区域选择合适的位置切块，切块所要达到的效果是通过隐藏与显示功能看到焊缝截面，且对后续画网格不会产生不利影响；

步骤4：只显示步骤3中的其中一个实体，对焊缝截面进行草图绘制，选择拆分面,使用两点间的最短路径将焊缝两侧的焊趾分别连线；选择拆分几何元素，使用N边分片将焊缝和母材分开，所述焊缝包括部分母材，此时焊缝至少分为两段；

步骤5：选择合适位置焊缝其中一段，选择拆分面，草图对焊缝截面进行草图绘制，焊道截面进行如下简化：对于表面深度20%的区域逐道模拟；剩余多层，每层多道简化为一道；

步骤6：按照模型尺寸和焊缝尺寸确定整体种子，只显示步骤5进行草图绘制的焊缝，进行局部网格种子布置；

步骤7：将焊缝及邻近焊缝的实体设置为扫掠网格，从设置局部网格种子的焊缝的实体开始，按照顺时针或逆时针的顺序完成焊缝网格的划分；

步骤8：按照步骤1-7中的原则及方法，完成整个模型网格的划分；并对网格质量进行检查，网格质量不存在错误且警告值小于10%时所画网格合格；

步骤9：利用工具→集→创建→单元→以拓扑为单元选择集合，创建每道焊缝单元的集合，配合使用隐藏与显示功能；首先对整个焊缝选择一个集合命名为Weld-0，接着对每道焊缝进行命名，Weld-1表示第一道焊缝，Weld-1-1表示第一道焊缝的第一段，以此类推，Weld-1-n表示第一道焊缝的第n段；创建热处理面集合；定义焊接及热处理工艺幅值曲线；

步骤10：完成上述网格划分和集合选择之后，进行温度场的计算；定义材料的材料属性以及计算温度场所需要的常量；

步骤11：建立分析步，以焊缝分为多段为例：第1个分析步为step-1，分析时间为1*10-4秒，移除weld-0；第2个分析步为step-2，分析时间为1*10-4秒，添加激活weld-1-1；第3个分析步为step-3，分析时间为焊接第一道焊缝的总时间除以第一道焊缝总的段数，进行weld-1-1的焊接模拟；如果一道焊缝有m段，则总的分析步为2N+1+m，N为焊道数，m为每条焊道的段数；

步骤12：设置温度场的边界条件，包括热对流和热辐射，以得到精确的温度场；

步骤13：进行热源的选择；

步骤14：定义预定义场，具体为所模拟的初始的温度；

步骤15：检查步骤1-14，提交计算模型进行计算，得到温度场后进行应力场的计算。

2.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于：步骤1中，所述三维造型软件包括Solidworks、Pro/E、3DS Max、CATIA和UG。

3.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于，步骤2中还包括以下过程：建立一个拉伸壳单元，该拉伸壳单元的截面形状和加热带的形状一致，在装配模块进行布尔运算，切出加热带区域。

4.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于，步骤6中：整体种子确定原则上尽量小，从而保证重点研究的部位网格较密；除重点研究区域之外的区域也设置局部网格种子。

5.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于，步骤7中：网格为六面体网格；网格划分失败可以检查扫掠方向是否正确，按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分。

6.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于，步骤11中：如果一道焊缝只有一段，则总的分析步为2N+1，N为焊道数，之后分析步的设置参照step-2 和step-3，直至焊接模拟结束。

7.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器超长焊缝焊接残余应力与变形高效计算处理方法，其特征在于，步骤13中：沿焊接的长度方向，始端和末端20%采用移动的高斯热源；中间采用瞬态热源；始端和末端的焊接热源通过子程序实现，中间的焊接热源通过定义焊接体热流载荷实现。