[发明专利]三通相贯线焊接温度场数值模拟预测方法、系统及介质

说明书

本发明公开了一种三通相贯线焊接温度场数值模拟预测方法、系统及介质，其中方法包括以下步骤：建立三维模型，对三维模型进行网格划分，其中所述三维模型包括三通管件及焊缝；建立焊接的热源模型，根据三维模型中焊道的网格节点坐标获取热源模型移动的轨迹曲线；结合热源模型、轨迹曲线以及三维模型进行模拟分析，获取焊接过程中焊接构件上温度参数。本发明能够实现对三通相贯线焊接过程温度场的模拟计算，另外，通过捕获焊道网格节点坐标拟合焊接轨迹曲线，可适用于任意不规则空间焊接曲线，避免了通过传统几何参数方程难以准确描述焊接轨迹的问题。本发明可广泛应用于焊接数值模拟领域。

技术领域

本发明涉及焊接数值模拟领域，尤其涉及一种三通相贯线焊接温度场数值模拟预测方法、系统及介质。

背景技术

在石油化工领域，压力管道是传热、传质的重要媒介，应用十分广泛，且运输的多为高温、易燃易爆介质，一旦发生损坏会造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失。压力管道在铺设过程中常常需要三通管件进行改道或分流，存在大量的管管相贯线焊缝焊接问题。相贯线焊缝属于复杂的空间曲线焊接，其工艺复杂，焊缝定位困难，要保证质量难度系数较大。另外，焊接过程具有高温、瞬时、动态等特点，使用传统的测试方法难以准确获得焊接过程中焊接构件上温度等参量的变化情况。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种三通相贯线焊接温度场数值模拟预测方法、系统及介质。

本发明所采用的技术方案是：

一种三通相贯线焊接温度场数值模拟预测方法，包括以下步骤：

建立三维模型，对三维模型进行网格划分，其中所述三维模型包括三通管件及焊缝；

建立焊接的热源模型，根据三维模型中焊道的网格节点坐标获取热源模型移动的轨迹曲线；

结合热源模型、轨迹曲线以及三维模型进行模拟分析，获取焊接过程中焊接构件上温度参数。

进一步地，所述建立三维模型，对三维模型进行网格划分，包括：

建立三通管件及焊缝的三维实体模型，将三通管件及焊缝的三维实体模型合并为整体的几何模型；

按照从焊缝向周围扩散的顺序对所述几何模型进行网格划分；

预定义管件和焊材随温度变化的物理性能参数，并将材料属性分别赋予相应结构部位。

进一步地，所述按照从焊缝向周围扩散的顺序对所述几何模型进行网格划分，包括：

将所述几何模型的整体模型分割成多个实体；

对所述实体的表面进行2D网格划分，以及扫掠生成体网格。

进一步地，所述建立焊接的热源模型，根据三维模型中焊道的网格节点坐标获取热源模型移动的轨迹曲线，包括：

获取每条焊道中热源模型移动的网格节点坐标，对网格节点坐标进行拟合，获得热源模型随时间移动的路径；

基于双椭球热源模型，针对三通相贯线的焊接具有复杂空间路径的特点，对热源模型建立局部坐标系；

根据局部坐标系建立三通相贯线焊接的热源模型。

进一步地，所述对热源模型建立局部坐标系，包括：

设三维模型的直角坐标系为全局坐标系x、y、z，热源模型的局部坐标系x_i、y_i、z_i；局部坐标系x_i轴与焊缝曲线的切向量重合，z_i轴即为焊道离散化网格面单元法向量，y_i轴为x_i轴坐标向量叉乘z_i轴坐标向量；