一种基于ansys的管线钢焊接残余应力预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，其特征在于：所述方法依次包括以下步骤：步骤（1）：确定焊件焊接条件；步骤（2）：创建焊件的实体模型，定义SOLID70单元划分扫掠网格，并根据实际工况来施加对焊接温度场的求解约束及载荷；步骤（3）：将热分析单元SOLID70转化为结构分析单元SOLID45，并定义焊件不同温度下的弹性模量、线膨胀系数、泊松比、屈服应力和屈服后的弹性模量；步骤（4）：将上述温度场分析得到的节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况确定如何施加约束条件，然后求解残余应力分布。本发明分析效率较高、且准确度也较高。
【专利说明】—种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应力预测方法，尤其涉及一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法。
【背景技术】
[0002]目前，管线钢主要在西气东输工程中用于输送石油与天然气，而由于管线钢在焊接过程中热量分布不均匀会导致焊后残余应力的出现。残余应力的存在，一方面会降低工件的强度；另一方面会在其后的释放过程中使材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性能降低，从而会在使用过程中出现一系列问题。
[0003]目前，测量残余应力的方法主要有盲孔法和X射线衍射法。盲孔法在钻孔时会产生加工应变，影响到残余应力的测量精度。而X射线法由于X射线穿透度较小，只能测量材料表面的残余应力。且这些方法需要专门的试验设备，而这些专门的实验设备通常使用成本较高，因此给测量残余应力的工作带来了极大的不便。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种分析效率较高、且准确度也较高的基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，所述方法依次包括以下步骤:
步骤(I):确定焊件焊接条件；
步骤(2):创建焊件的实体模型，定义S0LID70单元划分扫掠网格，并根据实际工况来施加对焊接温度场的求解约束及载荷；
步骤(3):将热分析单元S0LID70转化为结构分析单元S0LID45，并定义焊件不同温度下的弹性模量、线膨胀系数、泊松比、屈服应力和屈服后的弹性模量；
步骤(4):将上述温度场分析得到的节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况确定如何施加约束条件，然后求解残余应力分布。
[0006]所述步骤(I)中的焊件焊接条件包括:焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热和后热温度。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
由于本发明的基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，可以通过调节不同的焊接工艺参数来对比不同参数下的结果，从而确定最佳焊接工艺参数。因此本发明不仅可以最大限度地节省人力、物力，还可以了解焊件上残余应力的连续分布规律，因此本发明分析效率较高、且准确度也较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是焊件焊后的残余应力分析方法流程图； 图2是使用ANSYS建立的焊件实体模型；
图3是使用ANSYS建立的焊件单元划分结果；
图4是实施例1焊接过程中温度场的变化曲线；
图5是实施例1中焊件冷却到室温后纵向残余应力变化曲线；
图6是实施例2焊接过程中温度场的变化曲线；
图7是实施例2中焊件冷却到室温后纵向残余应力变化曲线；
图8是实施例2中焊件冷却到室温后纵向残余应力分布云图。
【具体实施方式】
[0009]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明
参见图1所示，为焊件焊后的残余应力分析方法流程图，具体的:一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，该方法依次包括以下步骤:
步骤(I):确定焊件焊接条件，该焊件焊接条件包括:焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热和后热温度；
步骤(2):参见图2所示，图中I为母材区、2为热影响区、3为焊缝，创建焊件的实体模型，参见图3所示，定义S0LID70单元划分扫掠网格，并根据实际工况来施加对焊接温度场的求解约束及载荷，S0LID70单元可用于三维静态或瞬态的热分析；
步骤(3):将热分析单元S0LID70转化为结构分析单元S0LID45，定义不同温度下的弹性模量及线膨胀系数，结构分析单元S0LID45具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力；
步骤(4):将上述温度场分析得到的节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况来确定如何施加约束条件，然后求解。
[0010]实施例1:
一种基于ANSYS有限元分析软件对X80管线钢进行焊接残余应力预测方法，包括以下步骤:
步骤(I):确定焊接条件，该条件为:双丝埋弧焊前丝:I=750A，U=40V ;后丝:I=600A，U=40V ;前后丝间距为40mm,焊接速度为12mm/s,焊件长300mm,宽160mm,厚20mm;
步骤(2):创建焊件实体模型，定义S0LID70单元扫掠划分网格；其中焊缝区网格尺寸为2mm，热影响区及母材区先对线按比例划分，再进行扫掠；总体符合距离焊缝越远网格尺寸越大的规律；当模型为对称模型时，为了减少计算量，可选择半板进行分析；
以下进入求解过程，计算出焊件的温度场分布；
步骤(3):将热分析单元S0LID70转换为结构分析单元S0LID45 ;并定义材料不同温度下的弹性模量、线膨胀系数、泊松比及不同温度下的屈服应力和屈服后的弹性模量，其中结构分析单元S0LID45具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力；
步骤(4):参见图4所示，读取温度场文件将各节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况来确定如何施加约束条件，然后求解残余应力分布，如图5所示。
[0011]实施例2:
一种基于ANSYS有限元分析软件对X80管线钢进行焊接残余应力预测方法，包括以下步骤: 步骤(I):确定焊接条件，该条件为:单丝埋弧焊焊接电流为650A，焊接电压为40V，焊接速度为12mm/s。焊件长300mm,宽160mm,厚20mm ；
步骤(2):创建焊件实体模型，定义S0LID70单元扫掠划分网格。其中焊缝区网格尺寸为2mm，热影响区及母材区先对线按比例划分，再进行扫掠；总体符合距离焊缝越远网格尺寸越大的规律，当模型为对称模型时，为了减少计算量，可选择半板进行分析；
以下进入求解过程，计算出焊件的温度场分布；
步骤(3):将热分析单元S0LID70转换为结构分析单元S0LID45 ;并定义材料不同温度下的弹性模量、线膨胀系数、泊松比及不同温度下的屈服应力和屈服后的弹性模量，其中结构分析单元S0LID45具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力；
步骤(4):参见图6所示，读取温度场文件将各节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况来确定如何施加约束条件，然后求解残余应力分布，如图7、图8所示。
[0012]以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，其特征在于:所述方法依次包括以下步骤: 步骤(1):确定焊件焊接条件； 步骤(2):创建焊件的实体模型，定义S0LID70单元划分扫掠网格，并根据实际工况来施加对焊接温度场的求解约束及载荷； 步骤(3):将热分析单元S0LID70转化为结构分析单元S0LID45，并定义焊件不同温度下的弹性模量、线膨胀系数、泊松比、屈服应力和屈服后的弹性模量； 步骤(4):将上述温度场分析得到的节点温度作为载荷施加到结构模型上，并根据模型具体情况确定如何施加约束条件，然后求解残余应力分布。
2.根据权利要求1所述的基于ANSYS的管线钢焊接残余应力预测方法，其特征在于:所述步骤(1)中的焊件焊接条件包括:焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热和后热温 度。
【文档编号】G06F17/50GK103605861SQ201310620539
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】严春妍, 祁帅, 史志丹, 杨顺贞 申请人:河海大学常州校区