[发明专利]一种壳体结构件的变形预测方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种壳体结构件的变形预测方法、装置、设备及计算机存储介质，方法包括：获取壳体结构件的焊接接头有限元模型以及壳体结构件有限元模型；对所述焊接接头有限元模型进行热弹塑性有限元分析，以获得焊接残余塑性应变信息；根据所述焊接残余塑性应变信息，获得塑性应变载荷和力矩；基于能量守恒原理，将局部的焊接接头有限元模型的塑性应变载荷以及力矩映射至全局的壳体结构件有限元模型中，以预测壳体结构件的变形情况。本发明准确的预测大型复杂壳体结构件的变形，为实际中壳体结构件的焊接提供设计和优化参考。

技术领域

本发明涉及焊接数值模拟应用领域，尤其涉及一种壳体结构件的变形预测方法、装置、设备以及存储介质。

背景技术

壳体在工程实际中尤其是焊接领域得到了广泛的应用，例如航空航天、船舶海洋以及机械制造等行业中的各类容器均是采用焊接工艺制成的典型壳体结构。其中，这一类结构的焊接变形控制是制造过程中的重大关键问题，而采用壳单元进行仿真计算，可以将空间三维问题简化为二维问题，极大地缩短有限元建模的时间和仿真计算的时间。然而，目前采用壳单元进行大型复杂结构的的焊接变形仿真计算的关键技术多基于固有应变方式，形式简单，对实验结果的依赖性较大，且计算得到的结果精度往往不能满足日益增长的关键零部件先进焊接制造的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种壳体结构件的变形预测方法、装置、设备以及存储介质，减少了降维简化带来的精度损失，最大程度的还原了原始接头计算的结果信息，准确的预测大型复杂壳体结构件的变形，为实际中壳体结构件的焊接提供设计和优化参考。

第一方面，本发明实施例提供了一种壳体结构件的变形预测方法，包括：

获取壳体结构件的焊接接头有限元模型以及壳体结构件的有限元模型；

对所述焊接接头有限元模型进行热弹塑性有限元分析，以获得焊接残余塑性应变信息；

根据所述焊接残余塑性应变信息，获得塑性应变载荷和力矩；

基于能量守恒原理，将局部的焊接接头有限元模型的塑性应变载荷以及力矩映射至全局的壳体结构件有限元模型中，以预测壳体结构件的变形情况。

优选地，在所述获取壳体结构件的焊接接头的步骤之前，还包括：

获取预先建立的壳体结构件的三维几何模型；

根据所述壳体结构件的三维几何模型，获取壳体结构件的焊接接头几何模型；

根据所述焊接接头几何模型进行网络划分，生成焊接接头有限元模型；其中，所述焊接接头有限元模型的单元类型为实体单元；

根据所述壳体结构件的三维几何模型进行网络划分，生成壳体结构件有限元模型；其中，所述壳体结构件有限元模型单元类型为壳单元。

优选地，所述根据所述焊接残余塑性应变信息获得塑性应变载荷和力矩，具体为：

基于接头焊缝垂面上投影的单元积分点塑性应变信息，将塑性应变从焊接接头的焊缝坐标系变换至壳体结构件的焊缝坐标系，以构建接头塑性应变函数；其中，所述焊缝坐标系为基于焊缝标志线及与所述焊缝标志线对应的焊枪方向所建立的笛卡尔坐标系；

基于接头焊缝垂面上投影的单元积分点塑性应变信息，获取所有积分点的集中力矩信息，以构建接头集中力矩函数；

基于所述接头塑性应变函数以获得塑性应变载荷；

基于所述接头集中力矩函数以获得力矩。

优选地，所述基于所述接头塑性应变函数以获得塑性应变载荷，具体为：

获取壳体结构件投影至垂直焊缝且经过单元高斯积分点的平面；

基于壳体结构件投影信息对所述平面进行划分，以获得多个子区域；