[发明专利]一种核电大型结构焊接变形预测分析方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析方法及其系统，特别是一种核电大型结构焊接变形预测分析方法及其系统。

背景技术

在核电核级设备和钢结构等大型结构件制作安装过程中，采用了较多的焊接连接方式，由于焊接高度集中的瞬时热输入，不均匀的加热和冷却使得焊缝及其附近区域产生非均匀的膨胀和收缩，引起焊缝及其附近区域的塑性变形，随之在焊接结构中产生焊接变形。焊接变形的产生不仅影响核电核级设备和钢结构的制作安装，而且影响其使用性能及服役周期。因此，焊接变形控制在核电核级设备和钢结构制作安装中至关重要，而准确的焊接变形预测是焊接变形控制的前提。

核电核级设备和钢结构等大型结构件因其具有结构尺寸大、焊缝密集、拘束复杂等特点，在焊接完毕后，整体焊接变形复杂，预测分析难度大。在以往施工中，核电大型结构的焊接变形预测主要依据施工经验及有限的试验数据，预测结果与实际变形存在较大的误差。随着计算机技术和数值计算方法的发展，热弹塑性有限元数值模拟技术成为焊接变形准确预测的重要技术途径，采用热弹塑性有限元数值模拟方法可以准确、全面地反映焊接过程，对焊接变形的分析研究具有重要意义。但对于核电大型结构而言，采用热弹塑性有限元数值模拟对其变形进行数值分析计算，需要的计算机容量大、分析计算所需要的周期长和计算成本高。使其难以在大型结构施工中进行有效应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种核电大型结构焊接变形预测分析方法及其系统，大大减少了分析计算的时间，而且能够有效的保证预测结果的准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种核电大型结构焊接变形预测分析方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：从典型接头固有变形数据库中获取典型焊接接头的试验变形值；

步骤二：采用热弹塑性有限元模拟计算典型焊接接头的模拟变形值；

步骤三：判断模拟变形值和试验变形值是否一致；

若一致，从计算结果中提取典型接头的固有变形值存入典型接头固有变形数据库中；

若不一致，调整热弹塑性模型重新计算并重复步骤三，循环执行步骤三直至模拟变形值和试验变形值一致，最终将获得的准确的固有变形值存入典型接头固有变形数据库中；

步骤四：预测大型结构焊接变形时，从典型接头固有变形数据库中检索相应的接头固有变形值并转换为固有应变值施加在焊缝区域，通过弹性计算就能快速获得变形。

进一步地，所述固有变形值包括横向收缩、纵向收缩力和角变形。

进一步地，所述纵向收缩力TF，横向收缩TS和角变形AD的计算公式为，

TS＝a+blnx(a＝5.38,b＝-0.91)

AD＝a+bx+cx²(a＝0.073,b＝-0.00034,c＝6.54e-7)

其中，x为热输入与板厚平方的比值，即Qtotal/h2。

进一步地，所述热弹塑性有限元模拟计算的方法为，通过匹配模拟计算的焊接接头的温度场与实验获取的温度场确定热源模型，设定焊缝区的材料模型和边界条件，采用生死单元模拟焊缝区生长方式，通过细化焊缝区网格反应焊缝区温度梯度和应力变化梯度确定有限元模型。

进一步地，所述步骤四中，快速获得变形具体为，

5.1导入固有变形值进入变形数据库；

5.2根据焊接结构建立三维模型；

5.3将三维模型进行壳单元网格划分；

5.4将划分好网格的三维模型根据材料数据、焊缝数据进行一次弹性有限元计算。

一种核电大型结构焊接变形预测分析系统，其特征在于：包含

获取模块，用于获取典型焊接接头的试验变形值；

计算模块，与获取模块连接，用于采用热弹塑性有限元模拟计算典型焊接接头的模拟变形值；

判断模块，与计算模块连接，用于判断模拟变形值和试验变形值是否一致；

调用模块，与判断模块连接，用于获取判断模块结果，若一致，则从计算结果中提取固有变形值将固有变形值转化为固有应变值，存入典型接头固有应变数据库中以便调用固有应变数据库匹配预测结果；否则，调整计算模型和参数重新计算直到模拟的变形值和试验变形值基本一致，以最终获得准确的典型固有变形值；从固有变形库中检索对应接头的固有变形值并转换为固有应变值施加在大型结构焊缝区域，经一次弹性计算获得大型结构焊接变形。

进一步地，所述获取模块包含

采集单元，用于采用K型热电偶及电感式位移器采集焊接温度场及动态变形数据；