[发明专利]一种基于拉伸断裂评价的激光焊接接头强度仿真分析方法

说明书

本发明公开了一种基于拉伸断裂评价的激光焊接接头强度仿真分析方法，基于有限元分析方法，首先采用热弹塑性瞬态耦合方法仿真了激光焊接过程和自然冷却过程，然后采用预定义物理场的方法将自然冷却后的物理状态加载至拉伸模型，对焊缝区、热影响区及母材分别赋予不同的材料属性，最后采用显示动力学方法分析了拉伸过程。本发明公开的仿真方法可仿真激光焊接接头的拉伸试验，充分分析了焊接冷却后的物理场及不同区域材料属性的不一致对拉伸结果的影响，计算结果更准确，可仿真计算各种形貌的激光焊接头的拉伸强度。

技术领域

本发明属于仿真方法技术领域,特别是一种基于拉伸断裂评价的激光焊接接头强度仿真分析方法。

背景技术

激光焊接即从激光器出射的光束经过聚焦系统，使光束形成聚焦光斑，待焊接工件置于距焦点有一定距离的离焦位置，在功率密度分布相对均匀的高能束激光作用下，待焊接工件达到熔点而形成熔融状态，待自然冷却后便连接为一体。激光焊接作为一种连接方法，因其效率高，材料利用率高，接头密封性好，抗腐蚀性强等优点而被广泛应用于工业生产的许多领域上，如航空航天领域，汽车行业，船舶行业等。

根据焊缝形貌不同，焊缝可分为熔透、未熔透、宽焊缝及窄焊缝，不同焊缝的组织性能、塑性变形及残余应力等对焊缝强度均有影响，因此通过拉伸试验评判不同焊缝的强度尤为重要。要完成一项焊接接头拉伸实验，需要的步骤包括试样切割、焊接、冷却、拉伸，尤其焊接过程需要调试，因此需要花费较长的时间，若要分析不同形貌焊缝的强度，则需要重复上述步骤。采用仿真的方法可以对不易观察到的拉伸试验现象进行模拟，且仿真耗时较短。目前针对焊接接头拉伸的仿真方法一般类似于《301L搭接激光焊接接头拉伸过程的弹塑性演变及断裂数值分析》一文所述，建立焊接试样网格模型，赋予材料属性，设置位移边界，进行静力学或动力学计算，这种仿真方法没有引入焊接后的残余应力、塑性应变等因素的影响，致使焊接试样的初始物理状态与实际存在一定偏差。

发明内容

本发明的目的是解决上述现存问题，提供一种基于拉伸断裂评价的激光焊接接头强度仿真分析方法，引入了焊接冷却后的物理场对拉伸结果的影响，焊接试样的初始物理状态更符合实际，计算结果更准确。

本发明的技术解决方案如下：

基于拉伸断裂评价的激光焊接接头强度仿真分析方法，包括以下步骤：

步骤(1)焊接、冷却分析：

①导入网格模型：将网格模型导入到非线性有限元分析软件中；

②更改网格属性：将导入的网格属性设置为隐式求解器下的温度-位移耦合单元；

③赋予材料属性：将所有单元赋予相同的各向同性材料属性；

④设置分析步：设置焊接过程和冷却过程的分析步，均为隐式瞬态热力耦合分析；

⑤设置载荷、边界条件：在整个网格模型上加载热源载荷，距焊缝一定距离处对部分节点做全约束；

⑥求解分析：对上述设置进行提交计算，获取求解结果；

步骤(2)拉伸分析：

①导入网格模型：导入网格模型至非线性有限元分析软件中；

②更改网格属性：将导入的网格属性设置为显式求解器下的温度-位移耦合单元，显示求解器不需要进行平衡迭代，计算速度快且易收敛；

③赋予材料属性：分别对焊缝区、热影响区及母材赋予相应的材料属性；

④设置分析步：设置拉伸过程的分析步为显式动力学分析；

⑤设置预定义物理场、边界条件：将步骤(1)中最终的求解结果以预定义物理场的方式加载至拉伸网格模型，将拉伸网格模型的一端全约束，另一端设置位移边界，即单侧拉伸；