一種基于ansys的管線鋼焊接殘余應力預測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，其特征在于：所述方法依次包括以下步驟：步驟（1）：確定焊件焊接條件；步驟（2）：創建焊件的實體模型，定義SOLID70單元劃分掃掠網格，并根據實際工況來施加對焊接溫度場的求解約束及載荷；步驟（3）：將熱分析單元SOLID70轉化為結構分析單元SOLID45，并定義焊件不同溫度下的彈性模量、線膨脹系數、泊松比、屈服應力和屈服后的彈性模量；步驟（4）：將上述溫度場分析得到的節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況確定如何施加約束條件，然后求解殘余應力分布。本發明分析效率較高、且準確度也較高。
【專利說明】—種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種應力預測方法，尤其涉及一種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法。
【背景技術】
[0002]目前，管線鋼主要在西氣東輸工程中用于輸送石油與天然氣，而由于管線鋼在焊接過程中熱量分布不均勻會導致焊后殘余應力的出現。殘余應力的存在，一方面會降低工件的強度；另一方面會在其后的釋放過程中使材料的疲勞強度、抗應力腐蝕性能降低，從而會在使用過程中出現一系列問題。
[0003]目前，測量殘余應力的方法主要有盲孔法和X射線衍射法。盲孔法在鉆孔時會產生加工應變，影響到殘余應力的測量精度。而X射線法由于X射線穿透度較小，只能測量材料表面的殘余應力。且這些方法需要專門的試驗設備，而這些專門的實驗設備通常使用成本較高，因此給測量殘余應力的工作帶來了極大的不便。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種分析效率較高、且準確度也較高的基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，所述方法依次包括以下步驟:
步驟(I):確定焊件焊接條件；
步驟(2):創建焊件的實體模型，定義S0LID70單元劃分掃掠網格，并根據實際工況來施加對焊接溫度場的求解約束及載荷；
步驟(3):將熱分析單元S0LID70轉化為結構分析單元S0LID45，并定義焊件不同溫度下的彈性模量、線膨脹系數、泊松比、屈服應力和屈服后的彈性模量；
步驟(4):將上述溫度場分析得到的節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況確定如何施加約束條件，然后求解殘余應力分布。
[0006]所述步驟(I)中的焊件焊接條件包括:焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預熱及后熱、預熱和后熱溫度。
[0007]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
由于本發明的基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，可以通過調節不同的焊接工藝參數來對比不同參數下的結果，從而確定最佳焊接工藝參數。因此本發明不僅可以最大限度地節省人力、物力，還可以了解焊件上殘余應力的連續分布規律，因此本發明分析效率較高、且準確度也較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是焊件焊后的殘余應力分析方法流程圖； 圖2是使用ANSYS建立的焊件實體模型；
圖3是使用ANSYS建立的焊件單元劃分結果；
圖4是實施例1焊接過程中溫度場的變化曲線；
圖5是實施例1中焊件冷卻到室溫后縱向殘余應力變化曲線；
圖6是實施例2焊接過程中溫度場的變化曲線；
圖7是實施例2中焊件冷卻到室溫后縱向殘余應力變化曲線；
圖8是實施例2中焊件冷卻到室溫后縱向殘余應力分布云圖。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明
參見圖1所示，為焊件焊后的殘余應力分析方法流程圖，具體的:一種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，該方法依次包括以下步驟:
步驟(I):確定焊件焊接條件，該焊件焊接條件包括:焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預熱及后熱、預熱和后熱溫度；
步驟(2):參見圖2所示，圖中I為母材區、2為熱影響區、3為焊縫，創建焊件的實體模型，參見圖3所示，定義S0LID70單元劃分掃掠網格，并根據實際工況來施加對焊接溫度場的求解約束及載荷，S0LID70單元可用于三維靜態或瞬態的熱分析；
步驟(3):將熱分析單元S0LID70轉化為結構分析單元S0LID45，定義不同溫度下的彈性模量及線膨脹系數，結構分析單元S0LID45具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力；
步驟(4):將上述溫度場分析得到的節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況來確定如何施加約束條件，然后求解。
[0010]實施例1:
一種基于ANSYS有限元分析軟件對X80管線鋼進行焊接殘余應力預測方法，包括以下步驟:
步驟(I):確定焊接條件，該條件為:雙絲埋弧焊前絲:I=750A，U=40V ;后絲:I=600A，U=40V ;前后絲間距為40mm,焊接速度為12mm/s,焊件長300mm,寬160mm,厚20mm;
步驟(2):創建焊件實體模型，定義S0LID70單元掃掠劃分網格；其中焊縫區網格尺寸為2mm，熱影響區及母材區先對線按比例劃分，再進行掃掠；總體符合距離焊縫越遠網格尺寸越大的規律；當模型為對稱模型時，為了減少計算量，可選擇半板進行分析；
以下進入求解過程，計算出焊件的溫度場分布；
步驟(3):將熱分析單元S0LID70轉換為結構分析單元S0LID45 ;并定義材料不同溫度下的彈性模量、線膨脹系數、泊松比及不同溫度下的屈服應力和屈服后的彈性模量，其中結構分析單元S0LID45具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力；
步驟(4):參見圖4所示，讀取溫度場文件將各節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況來確定如何施加約束條件，然后求解殘余應力分布，如圖5所示。
[0011]實施例2:
一種基于ANSYS有限元分析軟件對X80管線鋼進行焊接殘余應力預測方法，包括以下步驟: 步驟(I):確定焊接條件，該條件為:單絲埋弧焊焊接電流為650A，焊接電壓為40V，焊接速度為12mm/s。焊件長300mm,寬160mm,厚20mm ；
步驟(2):創建焊件實體模型，定義S0LID70單元掃掠劃分網格。其中焊縫區網格尺寸為2mm，熱影響區及母材區先對線按比例劃分，再進行掃掠；總體符合距離焊縫越遠網格尺寸越大的規律，當模型為對稱模型時，為了減少計算量，可選擇半板進行分析；
以下進入求解過程，計算出焊件的溫度場分布；
步驟(3):將熱分析單元S0LID70轉換為結構分析單元S0LID45 ;并定義材料不同溫度下的彈性模量、線膨脹系數、泊松比及不同溫度下的屈服應力和屈服后的彈性模量，其中結構分析單元S0LID45具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變能力；
步驟(4):參見圖6所示，讀取溫度場文件將各節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況來確定如何施加約束條件，然后求解殘余應力分布，如圖7、圖8所示。
[0012]以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，其特征在于:所述方法依次包括以下步驟: 步驟(1):確定焊件焊接條件； 步驟(2):創建焊件的實體模型，定義S0LID70單元劃分掃掠網格，并根據實際工況來施加對焊接溫度場的求解約束及載荷； 步驟(3):將熱分析單元S0LID70轉化為結構分析單元S0LID45，并定義焊件不同溫度下的彈性模量、線膨脹系數、泊松比、屈服應力和屈服后的彈性模量； 步驟(4):將上述溫度場分析得到的節點溫度作為載荷施加到結構模型上，并根據模型具體情況確定如何施加約束條件，然后求解殘余應力分布。
2.根據權利要求1所述的基于ANSYS的管線鋼焊接殘余應力預測方法，其特征在于:所述步驟(1)中的焊件焊接條件包括:焊接電壓、焊接電流、焊接速度、是否預熱及后熱、預熱和后熱溫 度。
【文檔編號】G06F17/50GK103605861SQ201310620539
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】嚴春妍, 祁帥, 史志丹, 楊順貞 申請人:河海大學常州校區