[发明专利]一种基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度场预测方法，尤其涉及一种基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法。

背景技术

目前，管线钢主要用于输送石油、天然气。众所周知，大型的管道施工时必然要使用到焊接，而焊接是一个局部快速加热、冷却、凝固的过程，涉及电弧物理、介质传热、冶金和力学机制。若使用试验法来分析焊接温度场的变化，虽可以达到一定的精度，但测试过程比较复杂，费时费力，而且费用高昂，因此存在难以普及的缺陷与问题。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是提供一种分析成本较低，且效率及准确度较高的基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法，该方法依次包括：应用ANSYS有限元分析软件编写参数化设计程序；对焊件在实际焊接情况下进行温度分析计算；绘制出焊件上某点温度随时间变化曲线以及任一时刻温度随所选点位置变化的曲线；

所述温度分析计算依次包括：

步骤（1）：在ANSYS中创建实体模型；

步骤（2）：网格划分：首先定义材料属性；然后定义单元属性，选用热分析单元SOLID70；最后划分网格，并采用扫掠的方式完成对网格的划分；

步骤（3）：施加热源载荷，选择热源计算公式，定义热源参数；

步骤（4）：求解，通过步骤（3）中定义的热源计算公式求解出温度场的分布；

步骤（5）：后处理，完成求解之后点击显示出温度场云图。

所述步骤（2）中的材料属性包括：材料密度、热传导系数和比热容。

所述步骤（2）中划分网格时，母材区网格尺寸与焊缝及热影响区网格尺寸比值不小于1.5。

    与现有技术相比，本发明的有益效果为：

由于本发明的基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法，可通过对比不同参数下的计算结果来确定最佳焊接工艺参数，也可选择焊件内部的一些点来分析焊件内部温度变化情况，并可大大减少分析时间，而且有限元分析方法不需要复杂的分析工具，极大的节约了人力、物力，因此本发明分析成本较低，且效率及准确度较高。

附图说明

图1是本发明焊接件的设计图；

图2是本发明焊接件的有限元模型；

图3是本发明实施例1在焊接开始时的温度分布；

图4是本发明实施例1在焊接过程中的温度分布；

图5是本发明实施例1在焊接结束时的温度分布；

图6是本发明实施例1在冷却2400秒后的温度分布；

图7是本发明实施例2在焊接开始时的温度分布；

图8是本发明实施例2在焊接过程中的温度分布；

图9是本发明实施例2在焊接结束时的温度分布；

图10是本发明实施例1中焊缝表面及内部两点温度随时间变化的曲线；

图11是本发明实施例2中焊缝表面一点温度随时间变化的曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明

本发明的一种基于ANSYS的管线钢焊接温度场预测方法，该方法依次包括：应用ANSYS有限元分析软件编写参数化设计程序；参照图1所示焊件的设计图对焊件在实际焊接情况下进行温度分析计算；绘制出焊件上某点温度随时间变化曲线以及任一时刻温度随所选点位置变化的曲线；

其中，温度分析计算依次包括：

步骤（1）：在ANSYS中创建实体模型，如图2所示；

步骤（2）：网格划分：首先定义材料属性，该材料属性包括：材料密度、热传导系数和比热容；然后定义单元属性，并选用热分析单元SOLID70；最后划分网格，为得到精确的计算结构，母材1区网格尺寸与焊缝3及热影响区2尺寸比值需不小于1.5，并采用扫掠的方式来完成对网格的划分；

步骤（3）：施加热源载荷，选择热源计算公式，定义热源参数，热源计算公式的选取需根据实际焊接方法来定，例如：表面堆焊、薄板焊等可选用高斯热源模型；埋弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等电弧冲击效应较大的焊接方法可选用双椭球热源模型。

高斯热源计算公式：                                               

其中：

q(r)为距加热斑点中心r的热流密度，；

q_max为加热斑点中心最大热流密度，；

R为加热斑点的有效半径；

Q为焊接电流的有效功率，Q=ηUI;