[发明专利]一种新型焊接热源模型的建立方法

说明书

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种新型焊接热源模型的建立方法，其具体步骤为：首先建立几何模型，采用有限差分法、有限元法或者有限体积法对模型进行划分；并将标准、无工件表面变形的面或体热源、热源模型通过公式转变为变形后的焊接热‑力模型，最后将该焊接热源模型加载到网格模型上，并求解控制方程并进行温度场计算，获得焊接温度场和焊缝形貌。通过将原有的面热源模型与体热源模型通过公式转化为考虑到熔池变形后的热源模型，进而在进行模拟时，避免因熔池表面变形导致的热流密度丢失或无法加载的问题，进而获得更加准确的模拟结果，为进一步改进焊接工艺提供了依据。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种新型焊接热源模型的建立方法。

背景技术

航空航天、交通运输、海洋工程的迅速发展,极大地促进了焊接技术的进步,焊接工作量也随之上升。焊接提高技术的有效方法时直接通过实验解决一些直观存在的问题，但是通常需要耗费大量的人力物力财力，并且效率低，耗费的时间周期长。通过数值模拟的方法可以省掉很多不必要的实验，大大提高工作效率，节约成本。

建立合理的焊接热源模型是获得准确焊接模拟结果的前提。在实际焊接过程中熔化焊丝产生的熔滴落到熔池会使熔池表面变形产生凹坑，凹坑在电弧力挖掘作用下进一步强化，导致电弧热在熔池曲面上重新分布，常规的平面热源模型和体积热源模型如高斯分布热源、双椭圆分布热源、半椭球体分布热源、双椭球提分布热源等均无法计算熔池表面下凹部分热量，造成热量缺失使得计算结果不准确。为获得准确的数值模拟结果，必须考虑熔池表面变形所带来的热、力变化，为进一步改进焊接工艺提供了依据。

因此，有必要提供一种新型焊接热源模型的建立方法解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种新型焊接热源模型的建立方法。

本发明提供的一种新型焊接热源模型的建立方法，其具体步骤为：

第一步，建立几何模型，采用有限差分法、有限元法或者有限体积法对模型进行划分，建立三维结构化网格模型；

第二步，将标准、无工件表面变形的面热源或体热源模型通过公式转变为变形后的焊接热力模型：

假设每条电弧都是一个由无数条能量和力的半直线组成的特殊锥体，则变形后

1、对于面热源，熔池变形后，熔池表面热、力分布如公式(1)、(2)所示：

q(x,y,z)＝q'(x_i,y_i,0)·S_abcd/S_ABCD (1)

p(x,y,z)＝p'(x_i,y_i,0)·S_abcd/S_ABCD(2)

式(1)、(2)中q'(x_i,y_i,0)、p'(x_i,y_i,0)为未变形的熔池表面热、力分布。

S_ABCD的表达式如公式(3)：

S_abcd的表达式如公式(4)：

2、对于体热源，熔池变形后，熔池内的热、力模型：

q(x,y,z)＝q'(x_i,y_i,z_i)·S_abcd-zi/S_ABCD-Zi (5)