[发明专利]基于焊缝图像提取拟合的焊接应力变形预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于焊缝图像提取拟合的焊接应力变形预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：基于焊缝实际形貌获得焊缝图像，从中提取焊缝区与母材区交界处的轮廓线，并将该交界处的轮廓线拟合成函数曲线；

步骤2：基于步骤1得到的函数曲线建立焊缝形貌的三维几何模型，在该三维几何模型中划分温度场单元，设定焊接材料的热物性参数、热输入及边界加载量，从而获得瞬态温度场；包括如下子步骤：

2.1根据焊接试样实际尺寸和焊缝轮廓线拟合函数，构建焊缝形貌的三维几何模型，并划分单元网格；

2.2从步骤2.1的单元网格中选择具有一个温度自由度的温度场单元，在温度场单元中定义材料的热物性参数，并在焊缝轮廓线以内的焊缝区域加载平均热流密度，获得瞬态温度场以及温度场单元在每个时间增量步内的各节点温度；

步骤3：从步骤2建立的三维几何模型中选择应力场单元，设定焊接材料的力学物性参数，并将瞬态温度场的参数加载到应力场单元对应的节点上，得到瞬态应力和变形分布；包括如下子步骤：

3.1从步骤2.1的网格中选择具有三个位移自由度的应力场单元；

3.2在步骤3.1的应力场单元中定义材料的力学物性参数，在三维几何模型中定义避免发生刚性位移的几何约束；

3.3将温度场单元在每个时间增量步内的各节点温度加载到对应的应力场单元的各节点上，获得焊接过程的瞬态应力和变形分布。

2.如权利要求1所述的一种基于焊缝图像提取拟合的焊接应力变形预测方法，其特征在于，步骤1包括如下子步骤：

1.1根据焊缝实际形貌，获得焊缝横截面的光学显微图像；

1.2对步骤1.1获得的光学显微图像依次进行灰度处理、分割、中值滤波、二值化，提取到焊缝区与母材区交界处的轮廓线；

1.3从多项式、样条曲线、最小二乘法中任选一种对步骤1.2获得的轮廓线进行拟合，获得焊缝轮廓线的拟合函数。

3.一种基于焊缝图像提取拟合的焊接应力变形预测系统，其特征在于，包括图像提取与拟合模块、温度场求解模块以及应力场求解模块；

图像提取与拟合模块用于从焊缝图像中提取焊缝区与母材区交界处的轮廓线，并将该交界处的轮廓线拟合成函数曲线；

温度场求解模块用于根据图像提取与拟合模块得到的函数曲线建立焊缝形貌的三维几何模型，在该三维几何模型中划分温度场单元，设定焊接材料的热物性参数、热输入及边界加载量，从而获得瞬态温度场；温度场求解模块包括三维建模子模块和瞬态温度场求解子模块；

三维建模子模块用于根据焊接试样实际尺寸和焊缝轮廓线拟合函数，构建焊缝形貌的三维几何模型，并划分单元网格；

瞬态温度场求解子模块用于从三维建模子模块划分的单元网格中选择具有一个温度自由度的温度场单元，在温度场单元中定义材料的热物性参数，并在焊缝轮廓线以内的焊缝区域加载平均热流密度，获得瞬态温度场以及温度场单元在每个时间增量步内的各节点温度；

应力场求解模块用于从温度场求解模块建立的三维几何模型中选择应力场单元，设定焊接材料的力学物性参数，并将瞬态温度场的参数加载到应力场单元对应的节点上，得到瞬态应力和变形分布；应力场求解模块包括应力场单元划分子模块、几何约束子模块以及瞬态应力变形计算子模块；

应力场单元划分子模块用于从三维建模子模块划分的单元网格中选择具有三个位移自由度的应力场单元；

几何约束子模块用于在应力场单元划分子模块选择的应力场单元中定义材料的力学物性参数，在三维几何模型中定义避免发生刚性位移的几何约束；

瞬态应力变形计算子模块用于将温度场单元在每个时间增量步内的各节点温度加载到对应的应力场单元的各节点上，获得焊接过程的瞬态应力和变形分布。

4.如权利要求3所述的一种基于焊缝图像提取拟合的焊接应力变形预测系统，其特征在于，图像提取与拟合模块包括光学显微子模块、轮廓提取子模块以及函数拟合子模块；

光学显微子模块用于根据焊缝实际形貌，获得焊缝横截面的光学显微图像；

轮廓提取子模块用于对光学显微子模块获得的光学显微图像依次进行灰度处理、分割、中值滤波、二值化，提取到焊缝区与母材区交界处的轮廓线；

函数拟合子模块用于按照多项式、样条曲线、最小二乘法中的任意一种对轮廓提取子模块获得的轮廓线进行拟合，获得焊缝轮廓线的拟合函数。