一種基于abaqus的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法
【專利摘要】一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，包括：步驟（1）：編寫參數(shù)化設(shè)計程序；步驟（2）：建立有限元模型；步驟（3）：建立實體模型；步驟（4）：定義材料屬性、定義單元屬性；劃分網(wǎng)格；采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來生成六面體；步驟（5）：根據(jù)實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，并采用直接法完成溫度場、應(yīng)力場的耦合計算；步驟（6）：將步驟（5）的耦合計算結(jié)果與氫擴散場進行間接耦合，并選用DC3D8單元完成對焊接件不同時刻、不同區(qū)域殘余氫的計算；步驟（7）：選用不同的焊接工藝參數(shù)再次按照步驟（1）至步驟（6）進行三場耦合計算分析，得出焊接工藝參數(shù)對焊接接頭殘余氫的影響。
【專利說明】-種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，尤其涉及一種基于ABAQUS的焊接接 頭殘余氫預(yù)測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氫致開裂是管道設(shè)備常見的失效形式之一。管道設(shè)備一旦損壞，特別是管道設(shè)備 的焊接接頭處一旦損壞，哪怕是很小的裂紋也會引起重大的泄露甚至爆炸事故，造成巨大 的經(jīng)濟損失與人員傷亡。
[0003] 目前，采用試驗法雖可測得焊后接頭中殘余氫的含量及焊接接頭不同部位的氫擴 散系數(shù)，但對焊接接頭中氫的具體分布及擴散情況仍存在很大的爭議。殘余氫的測定試驗 中，仍有許多條件不易掌控，以致試驗結(jié)果存在一定的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種使用成本較低、且分析效率及精確度較高 的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法， 所述方法依次包括： 步驟（1):應(yīng)用FORTRAN語言編寫參數(shù)化設(shè)計程序； 步驟（2):根據(jù)實際焊接情況在ABAQUS中建立有限元模型； 步驟（3):在ABAQUS中建立實體模型； 步驟（4):首先定義材料屬性、定義單元屬性；然后劃分網(wǎng)格；最后采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來 生成六面體； 步驟（5):根據(jù)實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，并采用直接法完成 溫度場、應(yīng)力場的耦合計算； 步驟（6):將步驟（5)的耦合計算結(jié)果與氫擴散場進行間接耦合，并選用DC3D8單元完 成對焊接件不同時刻、不同區(qū)域殘余氫的計算； 步驟（7):選用不同的焊接工藝參數(shù)再次按照步驟（1)至步驟（6)進行三場耦合分析， 得出焊接工藝參數(shù)對焊接接頭殘余氫的影響。
[0006] 所述步驟（2)中的實際焊接情況包括：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預(yù)熱 及后熱、預(yù)熱及后熱溫度。
[0007] 所述步驟（4)中的材料屬性包括：材料密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容、氫擴散系數(shù)。
[0008] 所述步驟（4)中劃分網(wǎng)格時，母材區(qū)網(wǎng)格尺寸與焊縫及熱影響區(qū)網(wǎng)格尺寸比值不 小于1. 5。
[0009] 所述步驟（5)中在溫度場、應(yīng)力場直接耦合時選用熱分析C3D8T單元。
[0010] 所述步驟（5)中的實際工況包括：環(huán)境溫度、移動焊接熱源的熱生成率、焊接件的 熱傳導(dǎo)系數(shù)、邊界換熱系數(shù)，及材料在不同溫度下彈性模量、線膨脹系數(shù)和泊松比。 toon] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為： 由于本發(fā)明的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，通過模擬計算與對比不同焊 接工藝參數(shù)，可確定焊接接頭殘余氫的最低水平及最佳的焊接工藝參數(shù)，從而減少試驗工 作量，提高焊接接頭的質(zhì)量，因此本發(fā)明的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法不僅使 用成本較低、同時分析效率及精確度較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明焊接件的有限元分析網(wǎng)格模型； 圖2是t=20s的溫度場云圖； 圖3是t=700s的應(yīng)力場云圖； 圖4是t=700s的氫分布云圖； 圖5是板寬方向殘余氫分布； 圖6是不同預(yù)熱溫度下板寬方向氫濃度分布； 圖7是E=19kJ/s時不同區(qū)域殘余氫的含量； 圖8是E=28kJ/s時不同區(qū)域殘余氫的含量。

【具體實施方式】
[0013] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，所述 方法依次包括： 步驟（1):應(yīng)用FORTRAN語言編寫參數(shù)化設(shè)計程序； 步驟（2):參見圖1所示，根據(jù)實際焊接情況在ABAQUS中建立有限元模型，其中實際焊 接情況包括有：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預(yù)熱及后熱、預(yù)熱及后熱溫度等； 步驟（3):在ABAQUS中建立實體模型； 步驟（4):首先定義材料屬性，該材料屬性包括有：材料密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容、氫擴 散系數(shù)；然后定義單元屬性；劃分網(wǎng)格，為得到精確的計算結(jié)構(gòu)，母材區(qū)網(wǎng)格尺寸與焊縫及 熱影響區(qū)網(wǎng)格尺寸比值需不小于1. 5 ;最后采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來生成六面體； 步驟（5):根據(jù)實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，該實際工況包括有： 環(huán)境溫度、移動焊接熱源的熱生成率、焊接件的熱傳導(dǎo)系數(shù)、邊界換熱系數(shù)，及材料在不同 溫度下彈性模量、線膨脹系數(shù)、泊松比，并采用直接法完成溫度場、應(yīng)力場的耦合計算，優(yōu)選 溫度場、應(yīng)力場直接耦合時選用熱分析C3D8T單元； 步驟（6):將步驟（5)的耦合計算結(jié)果與氫擴散場進行間接耦合，并選用DC3D8單元完 成對焊接件不同時刻、不同區(qū)域殘余氫的計算； 步驟（7):選用不同的焊接工藝參數(shù)再次按照步驟（1)至步驟（6)進行三場耦合分析， 得出焊接工藝參數(shù)對焊接接頭殘余氫的影響。
[0014] 最后處理，完成求解步驟之后可顯示出如圖2、圖3、圖4不同時間的溫度場、應(yīng)力 場、氫擴散場云圖，以及如圖5至圖8所表示的不同時刻、不同位置的溫度、應(yīng)力、氫濃度分 布情況。
[0015] 綜上所述，本發(fā)明可通過模擬計算與對比不同焊接工藝參數(shù)，可確定焊接接頭殘 余氫的最低水平及最佳的焊接工藝參數(shù)。
[0016] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不以上述實施方式為 限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán) 利要求書中記載的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述方法依次包括： 步驟（1):應(yīng)用FORTRAN語言編寫參數(shù)化設(shè)計程序； 步驟（2):根據(jù)實際焊接情況在ABAQUS中建立有限元模型； 步驟（3):在ABAQUS中建立實體模型； 步驟（4):首先定義材料屬性、定義單元屬性；然后劃分網(wǎng)格；最后采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來 生成六面體； 步驟（5):根據(jù)實際工況施加熱源載荷、熱對流約束以及邊界條件，并采用直接法完成 溫度場、應(yīng)力場的耦合計算； 步驟（6):將步驟（5)的耦合計算結(jié)果與氫擴散場進行間接耦合，并選用DC3D8單元完 成對焊接件不同時刻、不同區(qū)域殘余氫的計算； 步驟（7):選用不同的焊接工藝參數(shù)再次按照步驟（1)至步驟（6)進行三場耦合計算分 析，得出焊接工藝參數(shù)對焊接接頭殘余氫的影響。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述 步驟（2)中的實際焊接情況包括：焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預(yù)熱及后熱、預(yù)熱及 后熱溫度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述 步驟（4)中的材料屬性包括：材料密度、熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容、氫擴散系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述 步驟（4)中劃分網(wǎng)格時，母材區(qū)網(wǎng)格尺寸與焊縫及熱影響區(qū)網(wǎng)格尺寸比值不小于1. 5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述 步驟（5)中在溫度場、應(yīng)力場直接耦合時選用熱分析C3D8T單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接頭殘余氫預(yù)測方法，其特征在于：所述 步驟（5)中的實際工況包括：環(huán)境溫度、移動焊接熱源的熱生成率、焊接件的熱傳導(dǎo)系數(shù)、 邊界換熱系數(shù)，及材料在不同溫度下彈性模量、線膨脹系數(shù)和泊松比。
【文檔編號】G06F17/50GK104063530SQ201310620538
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】嚴(yán)春妍, 史志丹, 祁帥, 張根元 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)