本發(fā)明涉及一種計(jì)及焊接變形和殘余應(yīng)力的極限強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算方法，具體的是一種基于ABAQUS的將焊接變形和殘余應(yīng)力引入薄壁結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度計(jì)算的數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)：

薄壁結(jié)構(gòu)在某些載荷下會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，如受均勻外壓的耐壓球殼，受面內(nèi)軸向壓縮載荷作用的加筋板結(jié)構(gòu)等。在用數(shù)值模擬方法分析薄壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)中的初始變形和殘余應(yīng)力，目前，結(jié)構(gòu)的初始變形主要通過兩種方法引入：一是利用測量設(shè)備測出結(jié)構(gòu)中的實(shí)際變形，然后將測量所得變形施加到有限元模型節(jié)點(diǎn)上；二是通過特征屈曲模態(tài)分析，將低階屈曲模態(tài)按指定的變形幅值引入到非線性屈曲分析模型中。第一種方法真實(shí)的反映了結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形，但是過程過于復(fù)雜，并且極易出錯(cuò)，第二種方法過程相對(duì)簡單，但是所引入的變形并不是結(jié)構(gòu)的真實(shí)變形，因此無法準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)真實(shí)的屈曲和極限強(qiáng)度。殘余應(yīng)力的引入一般都是將理想化的殘余應(yīng)力分布形式或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式直接施加到需要計(jì)算的有限元模型中，雖然計(jì)算方便，但卻無法真實(shí)反映結(jié)構(gòu)中實(shí)際存在的殘余應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種能夠真實(shí)考慮焊接變形和殘余應(yīng)力的極限強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算方法。

為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的計(jì)及焊接變形和殘余應(yīng)力的極限強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算方法，它的模擬方法為：

A、通過材料力學(xué)性能試驗(yàn)，確定薄壁結(jié)構(gòu)材料參數(shù)；

B、查詢結(jié)構(gòu)的焊接工藝參數(shù)，編寫焊接子程序；

C、建立溫度-位移耦合分析模型，進(jìn)行焊接模擬分析，得到焊接變形和殘余應(yīng)力；

D、在溫度-位移耦合分析模型基礎(chǔ)上定義重啟動(dòng)分析，進(jìn)行特征屈曲模態(tài)分析；

E、建立靜態(tài)弧長法分析模型，將包含焊接變形在內(nèi)的低階特征屈曲模態(tài)變形以及焊接殘余應(yīng)力引入到弧長法分析模型中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度計(jì)算。。

本發(fā)明有益效果為：它能夠既高效又準(zhǔn)確的計(jì)算出計(jì)及焊接變形和殘余應(yīng)力的薄壁結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，對(duì)科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)都有重大意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于ABAQUS的有限元模擬方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

例如，對(duì)內(nèi)徑1.0m，壁厚30mm的鈦合金TC4耐壓球殼在均勻外壓作用下的極限強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析，該球殼為兩個(gè)相同的半球焊接而成，利用本發(fā)明進(jìn)行計(jì)及焊接變形和殘余應(yīng)力的極限強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算，它的計(jì)算步驟為：

A、通過材料力學(xué)性能試驗(yàn)，確定薄壁結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。

①彈性模量：110GPa；泊松比：0.3；屈服強(qiáng)度：860MPa；

B、查詢結(jié)構(gòu)的焊接工藝參數(shù)，編寫焊接子程序。

①焊接過程采用移動(dòng)熱源法，編制用于ABAQUS計(jì)算的FORTRAN子程序，熱源移動(dòng)速度為10mm/s；

C、建立溫度-位移耦合分析模型，進(jìn)行焊接模擬分析，得到焊接變形和殘余應(yīng)力。

①建立耐壓球殼的三維實(shí)體模型，賦予材料和截面屬性，劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件及預(yù)定義溫度場；

②設(shè)置兩個(gè)溫度-位移耦合分析步：STEP-1為焊接過程，STEP-2為冷卻過程，并設(shè)置這兩個(gè)分析步的重啟動(dòng)請(qǐng)求；

③設(shè)置球殼與環(huán)境的相互作用為：表面熱交換和表面輻射；設(shè)置熱學(xué)載荷為：體熱通量；

④將FORTRAN子程序文件添加到JOB模塊中然后提交運(yùn)算；

D、在溫度-位移耦合分析模型基礎(chǔ)上定義重啟動(dòng)分析，進(jìn)行特征屈曲模態(tài)分析。

①復(fù)制溫度-位移耦合模型并編輯模型的重啟動(dòng)屬性；

②在STEP-2之后增加線性攝動(dòng)屈曲分析步STEP-3，求取前5階特征屈曲模態(tài)；

③編輯關(guān)鍵字使之能夠輸出結(jié)果文件.fil文件；

④提交運(yùn)算；

E、建立靜態(tài)弧長法分析模型，將包含焊接變形在內(nèi)的低階特征屈曲模態(tài)變形以及焊接殘余應(yīng)力引入到弧長法分析模型中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度計(jì)算。

①建立耐壓球殼的三維實(shí)體模型，賦予材料和截面屬性，劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件；

②創(chuàng)建預(yù)定義應(yīng)力場，將步驟C中得到的.odb文件添加到預(yù)定義場中，引入焊接殘余應(yīng)力；

③編輯關(guān)鍵字*Imperfection，將步驟D中得到的包含焊接變形的特征屈曲模態(tài)變形引入到極限強(qiáng)度計(jì)算中；

④將FORTRAN子程序文件添加到JOB模塊中然后提交運(yùn)算；

⑤進(jìn)行后處理，得到極限強(qiáng)度值。

本發(fā)明有益效果為：它能夠既高效又準(zhǔn)確的計(jì)算出計(jì)及焊接變形和殘余應(yīng)力的薄壁結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度，對(duì)科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)都有重大意義。

以上所述，僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其它修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。