CN110096836B - 基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法 - Google Patents

基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，包括以下步骤。步骤S1：选择锰铜分流器的标准构型并且根据上述标准构型建立上述锰铜分流器的实体模型。步骤S2：将上述锰铜分流器的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元。步骤S3：根据上述实体模型选择电子束焊接热源模型，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数。本发明公开的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，根据锰铜分流器的构型针对性地建立实体模型和选择电子束焊接热源模型，以便减少计算负荷，同时提高仿真精度，确定温度分布区域中的各个温度峰值点以便后续重点分析。

Description

基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法
技术领域
本发明属于锰铜分流器焊接领域，具体涉及一种基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法。
背景技术
目前，数值分析软件在机械焊接分析中得到了广泛的应用。现有的Sysweld等软件都大量使用基于有限元仿真模型的仿真分析。在使用参数化设计的基础下，并通过适当的二次开发，从而提高工作效率与验证效果。
然而，在传统的锰铜分流器焊接验证测试中，需要人工根据待焊接组件的材料、形状等特性，针对性地试验各类型的焊接方式和焊接参数，不仅严重依赖人工经验，还存在测试周期长、耗材耗量多等缺陷，需要耗费大量时间和精力。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，克服上述缺陷，提供一种基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法。
本发明采用以下技术方案，所述基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法包括以下步骤：
步骤S1：选择锰铜分流器的标准构型并且根据上述标准构型建立上述锰铜分流器的实体模型；
步骤S2：将上述锰铜分流器的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
步骤S3：根据上述实体模型选择电子束焊接热源模型，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
步骤S4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成电子束焊接的焊接热输入区间和温度分布区域；
步骤S5：根据上述焊接热输入区间和温度分布区域进行上述实体模型的温度场仿真，以确定上述温度分布区域中的各个温度峰值点。
根据上述技术方案，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：根据上述标准构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
根据上述技术方案，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：对于上述标准构型，针对焊接仿真特性进行预处理，以形成简化构型；
步骤S1.3：根据上述简化构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
根据上述技术方案，上述简化构型包括位于左连接片、右连接片和位于左右连接片之间的锰铜分流器本体。
根据上述技术方案，步骤S3中的电子束焊接热源模型采用双椭球与圆锥复合热源模型。
根据上述技术方案，上述双椭球与圆锥复合热源模型的公式为：
QR＝μ(QR1+QR2)+(1-μ)QR3,
Figure BDA0002059114260000031
Figure BDA0002059114260000032
Figure BDA0002059114260000033
r0＝re-(re-r)·(ze-z+z0)/(ze-zi),
其中，QR1为左连接片的功率密度，QR2为右连接片的功率密度，QR3为锰铜分流器本体的功率密度，Qf为左连接片的热输入，Qr为右连接片的热输入，QO为锰铜分流器本体的热输入，af，ar，b，c，ze，zi，re，ri均为高斯参数，μ为功率密度分配参数。
根据上述技术方案，步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S4.1：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的焊接热输入区间；
步骤S4.2：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的温度分布区域。
根据上述技术方案，步骤S4还包括步骤S4.3：
步骤S4.3：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定焊接热输入区间的上限。
根据上述技术方案，步骤S4还包括步骤S4.4：
步骤S4.4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定温度分布区域的最高温度范围。
本发明公开的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其有益效果在于，根据锰铜分流器的构型针对性地建立实体模型和选择电子束焊接热源模型，以便减少计算负荷，同时提高仿真精度，确定温度分布区域中的各个温度峰值点以便后续重点分析。
具体实施方式
本发明公开了一种基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
优选地，所述基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法包括以下步骤：
步骤S1：选择锰铜分流器的标准构型并且根据上述标准构型建立上述锰铜分流器的实体模型；
步骤S2：将上述锰铜分流器的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
步骤S3：根据上述实体模型选择电子束焊接热源模型，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
步骤S4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成电子束焊接的焊接热输入区间和温度分布区域；
步骤S5：根据上述焊接热输入区间和温度分布区域进行上述实体模型的温度场仿真，以确定上述温度分布区域中的各个温度峰值点，以便后续对于上述各个温度峰值点进行重点分析。
进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：根据上述标准构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
值得一提的是，步骤S1还可具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：对于上述标准构型，针对焊接仿真特性进行预处理，以形成简化构型，从而减少与电子束焊接仿真关联性较弱的特征，同时突出于电子束焊接仿真关联性较强的特征；
步骤S1.3：根据上述简化构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
其中，上述简化构型包括位于左连接片、右连接片和位于左右连接片之间的锰铜分流器本体。
进一步地，步骤S2需要注意，上述有限元网格划分不宜过密，也不宜过于粗大，避免增加不必要的计算负荷，也避免仿真精度明显下降。
进一步地，步骤S3中的电子束焊接热源模型不同于常见的双椭球热源模型，优选采用双椭球与圆锥复合热源模型，能够较为准确地反映锰铜分流器的构型特点。
其中，上述双椭球与圆锥复合热源模型的公式为：
QR＝μ(QR1+QR2)+(1-μ)QR3,
Figure BDA0002059114260000051
Figure BDA0002059114260000052
Figure BDA0002059114260000053
r0＝re-(re-r)·(ze-z+z0)/(ze-zi),
其中，QR1为左连接片的功率密度，QR2为右连接片的功率密度，QR3为锰铜分流器本体的功率密度，Qf为左连接片的热输入，Qr为右连接片的热输入，QO为锰铜分流器本体的热输入，af，ar，b，c，ze，zi，re，ri均为高斯参数，μ为功率密度分配参数。
进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S4.1：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的焊接热输入区间；
步骤S4.2：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的温度分布区域。
进一步地，步骤S4还包括步骤S4.3：
步骤S4.3：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定焊接热输入区间的上限，以便后续在实际验证等测试过程中进一步检验。
进一步地，步骤S4还包括步骤S4.4：
步骤S4.4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定温度分布区域的最高温度范围，该最高温度范围用于缩小温度峰值点的可能存在的范围。
值得一提的是，本发明专利申请的各步骤优选采用Sysweld软件辅助实现。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：选择锰铜分流器的标准构型并且根据上述标准构型建立上述锰铜分流器的实体模型；
步骤S2：将上述锰铜分流器的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元；
步骤S3：根据上述实体模型选择电子束焊接热源模型，并且相应确定上述实体模型的材料物理参数；
步骤S4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成电子束焊接的焊接热输入区间和温度分布区域；
步骤S5：根据上述焊接热输入区间和温度分布区域进行上述实体模型的温度场仿真，以确定上述温度分布区域中的各个温度峰值点。
2.根据权利要求1所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：根据上述标准构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
3.根据权利要求1所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S1.1：选择锰铜分流器的标准构型；
步骤S1.2：对于上述标准构型，针对焊接仿真特性进行预处理，以形成简化构型；
步骤S1.3：根据上述简化构型在SolidWorks中建立上述锰铜分流器的实体模型。
4.根据权利要求3所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，上述简化构型包括位于左连接片、右连接片和位于左右连接片之间的锰铜分流器本体。
5.根据权利要求3所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S3中的电子束焊接热源模型采用双椭球与圆锥复合热源模型。
6.根据权利要求5所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，上述双椭球与圆锥复合热源模型的公式为：
QR＝μ(QR1+QR2)+(1-μ)QR3,
Figure FDA0002059114250000021
Figure FDA0002059114250000022
Figure FDA0002059114250000023
r0＝re-(re-r)·(ze-z+z0)/(ze-zi),
其中，QR1为左连接片的功率密度，QR2为右连接片的功率密度，QR3为锰铜分流器本体的功率密度，Qf为左连接片的热输入，Qr为右连接片的热输入，QO为锰铜分流器本体的热输入，af，ar，b，c，ze，zi，re，ri均为高斯参数，μ为功率密度分配参数。
7.根据权利要求1或者权利要求6所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
步骤S4.1：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的焊接热输入区间；
步骤S4.2：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数生成用于电子束焊接的温度分布区域。
8.根据权利要求7所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S4还包括步骤S4.3：
步骤S4.3：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定焊接热输入区间的上限。
9.根据权利要求8所述的基于数值模拟的锰铜分流器焊接仿真分析方法，其特征在于，步骤S4还包括步骤S4.4：
步骤S4.4：根据上述电子束焊接热源模型和上述材料物理参数确定温度分布区域的最高温度范围。
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