[发明专利]激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法及系统

权利要求书

1.一种激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，包括：

S1：获取待焊接样件的性能参数、激光修复的工艺参数和激光扫描路径；

S2：通过无网格伽辽金法，结合所述性能参数、所述工艺参数和所述激光扫描路径计算获得温度场集合、应力场集合和位移场集合。

2.根据权利要求1所述的激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，所述性能参数包括：

待焊接样件的尺寸、焊接坐标轴、所述焊接坐标轴方向上的节点数目和所述焊接坐标轴方向上的节点数目；

待焊接样件的材料密度、弹性模量、熔点、导热系数、定压比热、热膨胀系数和泊松比；

所述工艺参数包括：激光光斑半径、激光扫描速度、激光功率和吸收率；

所述激光扫描路径包括：激光中心位置集合、激光功率集合和运行步数总数。

3.根据权利要求1所述的激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S21：构建高斯积分网格和二维高斯节点；计算域高斯节点集合表示为，是一个包含高斯积分网格内所有高斯节点的矩阵；

S22：根据待焊接样件的形状生成计算域，在计算域内生成计算节点，是一个包含所有计算节点的矩阵，在所述计算节点内将所述温度场节点的初始值设置为，将所述位移场节点的初始值设置为；

S23：获取第步的激光中心位置和激光功率；的初始值为0，最大值为；

S24：通过激光光源中心坐标和光斑半径计算获得第步的热源场节点，通过所述热源场节点计算获得第步的外部热流量矩阵；

S25：计算获得第步的等效热传导系数矩阵和定压比热矩阵，通过、和计算获得第步的温度场节点，通过计算获得第步的温度场；

S26：通过第步的温度场和第步的温度场，计算获得第步的刚度矩阵和热应力矩阵，通过和计算获得第步的位移场节点值；

S27：计算获得第步的应力场和位移场，令；

S28：重复步骤S23至S27共次，获得从第1步至第步所有的温度场、应力场和位移场，将所有的温度场记为所述温度场集合，将所有的应力场记为所述应力场集合，将所有的位移场记为所述位移场集合。

4.根据权利要求3所述的激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，步骤S21中所述高斯积分网格的表达式为：

其中，表示高斯积分网格中高斯节点的坐标，表示高斯节点对应的权重，取值范围为。

5.根据权利要求3所述的激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，步骤S24中通过光源形式、第步的激光中心位置以及激光光斑半径大小，根据激光工艺参数构造权函数，其具体表示形式如下：

其中，函数代表了光源波形，为激光光源半径，和分别表示激光中心位置在焊接全局坐标系中方向和方向坐标。

6.根据权利要求3所述的激光焊接瞬态温度场及应力场数值计算方法，其特征在于，步骤S24中所述热源场节点的获取过程为：

热源场为多层环形场，位于平面坐标系上，平面坐标系中表示横坐标抽，表示纵坐标轴，根据激光光源中心坐标和光斑半径计算获得热源场节点的位置；

获取热源场节点的半径分布集合，其计算公式如下：

其中，为层数编号，为环形热源场的圈数，为计数编号，为激光光斑半径；由内层向外层的第层热源场节点数为：

其中，为内圈的热源场节点数目；

第层的热源场节点之间间隔弧度表达式为：

计算得到第层，第个热源场节点的位置为：

其中，表示第步，坐标轴上的激光中心位置，表示第步，坐标轴上的激光中心位置；

根据，计算获得第步时，热源场中所有热源场节点的位置，存储在矩阵中。