[发明专利]基于接触模型的TC4弯板温度场的仿真分析方法

摘要

本发明为基于接触模型的TC4弯板温度场的仿真分析方法，该方法以TC4弯板(以下简称试件)和柔性夹具为研究对象，将TC4弯板与柔性夹具(琴键)接触形式(琴键和试件只有小部分接触、大部分为间隙)由窄面接触代替线接触，建立其弹性接触模型，通过有限元法对焊接修复过程中任意时刻、位置的温度场进行分析，研究试件曲率、试件与琴键间线接触对焊接温度的影响，为焊接工艺参数优化和柔性夹具结构设计提供参考，对提高叶片焊接修复后质量有非常重要的现实意义。

主权项

1.一种基于接触模型的TC4弯板温度场的仿真分析方法，该方法包括以下步骤：步骤一：简化TC4弯板：以TC4弯板的圆心为坐标系原点O，坐标系原点与试件中点连线为y轴，建立笛卡尔坐标系，依据TC4弯板的曲率半径r、弦长L及柔性夹具单一琴键的宽度a，将TC4弯板离散成n段，n为试件所接触的琴键数量，利用数学软件，并计算出每段斜率k_i，i＝1,2,…,n；步骤二：计算TC4弯板与夹具间接触变形：根据赫兹弹性接触理论，将线接触转化为窄面接触，计算出琴键与叶片间接触面半宽r_a；步骤三：建立TC4弯板与夹具模型：将试件与柔性夹具的几何尺寸及根据步骤一和步骤二中获得的斜率和接触面半宽，求出接触面积，导入三维软件中建立试件和夹具的接触模型；步骤四：导入有限元分析软件：将步骤三获得的接触模型导入有限元分析软件，定义试件和夹具的材料属性和特性参数；步骤五：定义焊接热源移动轨迹：在有限元分析软件中，在夹具上建立笛卡尔坐标系，定义焊接热源的移动轨迹；焊接热源的移动轨迹加载过程是：第一步：在夹具上建立的笛卡尔坐标系内，假设焊接热源沿试件中心运动，根据试件的几何形状，求出热源移动过程中，热源移动速度在初始位置与x轴夹角θ₀，并假设角速度ω为常数，得到角度随焊接时间变化的函数θ(t)；θ(t)＝‑θ₀+ωt                       (14)第二步：将焊接速度v正交分解，分解为沿x和y方向两个分量；第三步：以时间t＝0时热源中心点坐标为初始条件，对第二步的两个速度分量做不定积分，求得焊接热源轨迹方程沿x和y方向两个分量；第四步：将焊接热源轨迹方程的两个分量带入热源函数中，实现焊接热源的移动轨迹加载。