CN117195662A - 一种大型结构件焊接变形预测方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型结构件焊接变形预测方法及***，包括基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中；通过对固有变形数据进行修正，从而保证固有变形数据的采集精度；调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图，实现对当前大型结构件焊接进行快速和精准的变形预测。

Description

一种大型结构件焊接变形预测方法及***

技术领域

本发明属于焊接变形预测技术领域，具体涉及大型结构件焊接变形预测方法及***。

背景技术

工程机械领域常常涉及大型结构件的焊接，这些结构件的焊缝具有数量多、尺寸大、变截面的特点，由于焊接过程的不均匀加热和冷却，不可避免的会存在残余应力与变形。焊接变形的存在会影响成形精度，继而影响结构件的局部强度和稳定性，降低产品使用性能。因此需要在焊后花费大量的人力、物力和时间对结构件进行矫形处理，甚至部分焊接结构件无法矫正到满足生产要求，大大影响产品生产效率和生产成本。如何有效的控制焊接变形成为工程师亟待考虑的问题。

随着数值模拟技术的发展，技术人员将其应用于焊接变形的仿真和预测。目前焊接变形预测方法主要有热弹塑性有限元法和固有应变法。热弹塑性有限元法具有计算结果精确，但是对于大型结构件则耗时过长，计算效率较低，不能满足产品设计周期要求。

固有应变法是基于弹性理论的有限元分析方法，其通过获取焊接接头固有应变，并将其作为初始载荷施加到整条焊缝上进行一次弹性计算，从而得到整个结构的焊接变形及残余应力，因此计算效率非常高。但是存在固有应变参数测量困难、测量精度不高的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型结构件焊接变形预测方法及***，解决了当前大型结构件焊接变形预测周期长，固有应变参数测量困难、测量精度不高的技术难题。

为达到上述目的，第一方面本发明所采用的技术方案是：一种大型结构件焊接变形预测方法，包括：

根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

所述焊接变形数据库内的固有变形数据的获取过程为：

通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k；

基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中。

优选的，所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度。

优选的，所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头。

优选的，当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A1和焊接板H_B1组成的对接接头时，所述焊接板H_A1和焊接板H_B1上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点P_i ^α，i∈[1,…,12]；测量点测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1远离所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1远离所述对接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点P_i ^α的位置坐标；

当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T，固有纵向收缩δ_L，固有横向弯曲θ_T和固有纵向弯曲θ_L，所述固有变形参数G_k计算公式分别为：

公式中，表示为焊接前测量点P_i ^α的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点P_i ^α的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的横坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的变形后的纵坐标，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>为焊接变形后任一测量点P_i ^α在z轴方向上的位移；B^α为对接接头宽度。

优选的，当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A2和焊接板H_B2组成的T形接头时，所述焊接板H_A2设定为底板，所述焊接板H_B2设定为腹板，所述焊接板H_B2焊接于焊接板H_A2中间位置；所述T形接头上的测量点记为测量点其中，测量点/>至测量点/>以及测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2，测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>与测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>对称设置于所述焊接板H_B2两侧；所述测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2和焊接板H_B2焊接处；所述测量点/>至测量点/>设置于所述焊接板H_B2上；

当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，所述固有变形参数G_k包含底板固有横向收缩δ_TP，底板固有纵向收缩δ_LP，底板固有横向弯曲θ_TP，底板固有纵向弯曲θ_LP，腹板固有横向收缩δ_TW，腹板固有纵向收缩δ_LW，腹板固有横向弯曲θ_TW和腹板固有纵向弯曲θ_LW，其计算公式分别为：

δ_TP＝b-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T1)-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T2)

δ_LP＝ΔL×B/L

θ_TP＝sin^-1(e₁/d₁)+sin^-1(e₂/d₂)

δ_TW＝H-[(H-ΔH)/cos(tan^-1(c/H))]

δ_LW＝ΔL_w×H/L

θ_TW＝sin^-1(c/H)-[sin^-1(e₁/d₁)-sin^-1(e₂/d₂)]/2

θ_LP＝θ_LW＝0

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，b表示为测量点/>与/>测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，Δb表示为焊接后b值的变化量，L表示为测量点/>与/>测量点/>与/>X方向之间距离的平均值，ΔL表示为焊接后焊接板H_A2的L的变化量，B表示为T形接头宽度，e₁表示为焊接后焊接板H_A2左侧在Z方向的变形量，e₂表示为焊接板H_A2右侧在Z方向的变形量，d₁表示为测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，d₂表示为测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，H表示腹板高度，ΔH表示焊接后腹板高度的收缩量，c表示焊接后腹板顶端横向位移，ΔL_w表示为焊接后焊接板H_B2的L的变化量。

优选的，当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A3和焊接板H_B3组成的搭接接头时，所述焊接板H_A3和焊接板H_B3上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3远离所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3远离所述搭接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点/>的位置坐标；

当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T1，固有纵向收缩δ_L1，固有横向弯曲θ_T1，固有纵向弯曲θ_L1，固有横向收缩δ_T2，固有纵向收缩δ_L2，固有横向弯曲θ_T2和固有纵向弯曲θ_l2，其计算公式分别为：

δ_T2＝δ_T1

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，/>为任一测量点/>在z轴方向上的位移；B^γ为搭接接头长度，c^γ表示为接头搭接宽度，t^γ表示为焊接板H_A3和焊接板H_B3的厚度。

优选的，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

优选的，仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1。

第二方面本发明提供了一种大型结构件焊接变形预测***，包括：

焊接变形预测模块，用于根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

试验数据获取模块，用于通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k；

计算模块，用于基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

迭代模块，用于若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中。

优选的，所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度。

优选的，所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头。

优选的，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

优选的，仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1。

第三方面本发明提供了电子设备包括存储介质和处理器；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中，通过对固有变形数据进行修正，从而保证固有变形数据的采集精度；根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图，实现对当前大型结构件焊接进行快速和精准的变形预测。

附图说明

图1是实施例1提供的大型结构件焊接变形预测方法的流程图；

图2是实施例1提供的焊接接头形式的对比示意图；

图3是实施例1提供的对接接头的计算模型示意图；

图4是实施例1提供的T形接头的尺寸计算模型示意图；

图5是实施例1提供的T形接头的测试点分布示意图；

图6是实施例1提供的搭接接头的计算模型示意图；

图7是实施例1提供的固有变形数据修正的流程图；

图8是实施例2提供的大型结构件焊接变形预测***的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1

如图1至图7所示，一种大型结构件焊接变形预测方法，包括

利用Hypermesh软件根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，为结构件有限元模型中每一组件分别赋予材料弹性模量、泊松比和厚度属性，基于实际情况为模型施加约束条件，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

所述焊接变形数据库内的固有变形数据的获取过程为：

通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度；如图2所示，所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头；当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

如图3所示，当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A1和焊接板H_B1组成的对接接头时，所述焊接板H_A1和焊接板H_B1上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点P_i ^α，i∈[1,…,12]；测量点测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1远离所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1远离所述对接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点P_i ^α的位置坐标；如表1所示对接接头板材焊接试验推荐尺寸。

表1对接接头板材焊接试验推荐尺寸表

当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T，固有纵向收缩δ_L，固有横向弯曲θ_T和固有纵向弯曲θ_L，所述固有变形参数G_k计算公式分别为：

公式中，表示为焊接前测量点P_i ^α的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点P_i ^α的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的横坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的变形后的纵坐标，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>为焊接变形后任一测量点P_i ^α在z轴方向上的位移；B^α为对接接头宽度。

如图4和图5所示，当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A2和焊接板H_B2组成的T形接头时，所述焊接板H_A2设定为底板，所述焊接板H_B2设定为腹板，所述焊接板H_B2焊接于焊接板H_A2中间位置；所述T形接头上的测量点记为测量点其中，测量点/>至测量点/>以及测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2，测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>与测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>对称设置于所述焊接板H_B2两侧；所述测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2和焊接板H_B2焊接处；所述测量点/>至测量点/>设置于所述焊接板H_B2上；如表2所示T形接头板材焊接试验相关参数定义及推荐尺寸。

表2T形接头板材焊接试验相关参数定义及推荐尺寸

当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，所述固有变形参数G_k包含底板固有横向收缩δ_TP，底板固有纵向收缩δ_LP，底板固有横向弯曲θ_TP，底板固有纵向弯曲θ_LP，腹板固有横向收缩δ_TW，腹板固有纵向收缩δ_LW，腹板固有横向弯曲θ_TW和腹板固有纵向弯曲θ_LW，其计算公式分别为：

δ_TP＝b-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T1)-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T2)

δ_LP＝ΔL×B/L

θ_TP＝sin^-1(e₁/d₁)+sin^-1(e₂/d₂)

δ_TW＝H-[(H-ΔH)/cos(tan^-1(c/H))]

δ_LW＝ΔL_w×H/L

θ_TW＝sin^-1(c/H)-[sin^-1(e₁/d₁)-sin^-1(e₂/d₂)]/2

θ_LP＝θ_LW＝0

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，b表示为测量点/>与/>测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，Δb表示为焊接后b值的变化量，L表示为测量点/>与/>测量点/>与/>X方向之间距离的平均值，ΔL表示为焊接后焊接板H_A2的L的变化量，B表示为T形接头宽度，e₁表示为焊接后焊接板H_A2左侧在Z方向的变形量，e₂表示为焊接板H_A2右侧在Z方向的变形量，d₁表示为测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，d₂表示为测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，H表示腹板高度，ΔH表示焊接后腹板高度的收缩量，c表示焊接后腹板顶端横向位移，ΔL_w表示为焊接后焊接板H_B2的L的变化量。

如图6所示，当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A3和焊接板H_B3组成的搭接接头时，所述焊接板H_A3和焊接板H_B3上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3远离所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3远离所述搭接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点/>的位置坐标；如表3所示搭接接头板材焊接试验推荐尺寸。

表3搭接接头板材焊接试验推荐尺寸

	OL	L	B	t	c
						推荐	100t+c	60t	50t+c

当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T1，固有纵向收缩δ_L1，固有横向弯曲θ_T1，固有纵向弯曲θ_L1，固有横向收缩δ_T2，固有纵向收缩δ_L2，固有横向弯曲θ_T2和固有纵向弯曲θ_L2，其计算公式分别为：

δ_T2＝δ_T1

/>

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，/>为任一测量点/>在z轴方向上的位移；B^γ为搭接接头长度，c^γ表示为接头搭接宽度，t^γ表示为焊接板H_A3和焊接板H_B3的厚度；

如图7所示，基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；本实施中采用焊接变形预测软件JWRIAN对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中；仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1；根据仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行迭代，以消除试验测量带来的误差，实现固有变形参数G_k的高精度获取。

基于固有应变法利用壳单元对大型结构件进行焊接变形预测，与基于热弹塑性有限元的焊接变形仿真相比，预测时间由天级降到了小时级，计算效率显著提高，且与基于实体单元的固有应变法焊接变形仿真相比，模型前处理工作由复杂变为简单，降低了对仿真人员的要求；输入基于本发明获得的高精度接头固有变形参数，可实现对大型结构件焊接变形的高精高效预测。

通过该方法不断扩充焊接变形数据库，设计人员在产品设计周期可随时便捷的调用数据以获得焊接变形云图，根据焊接变形云图获得变形趋势及变形大小并确定关键焊接位置，在关键位置施加反变形或约束措施，通过焊接仿真结果指导产品设计，可替代大部分的工艺试验，从而有效缩短设计周期和节约产品研发成本。

实施例2

如图8所示，一种大型结构件焊接变形预测***，本实施例提供的***可以应用实施例1所述的方法，控制方法包括：

焊接变形预测模块，用于根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

试验数据获取模块，用于通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度；所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头；基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

计算模块，用于基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

迭代模块，用于若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中；仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1。

实施例3

电子设备包括存储介质和处理器；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例1所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，包括

根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

所述焊接变形数据库内的固有变形数据的获取过程为：

通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k；

基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中。

2.根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度。

3.根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头。

4.根据权利要求3所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A1和焊接板H_B1组成的对接接头时，所述焊接板H_A1和焊接板H_B1上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点P_i ^α，i∈[1,…,12]；测量点测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1远离所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1靠近所述对接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B1远离所述对接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点P_i ^α的位置坐标；

当焊接试验中焊接接头形式为对接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T，固有纵向收缩δ_L，固有横向弯曲θ_T和固有纵向弯曲θ_L，所述固有变形参数G_k计算公式分别为：

公式中，表示为焊接前测量点P_i ^α的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点P_i ^α的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的横坐标，/>表示为焊接变形后测量点P_i ^α的变形后的纵坐标，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>表示为焊接变形后由测量点/>测量点/>和测量点/>拟合形成的曲线对应的弦长，/>为焊接变形后任一测量点P_i ^α在z轴方向上的位移；B^α为对接接头宽度。

5.根据权利要求3所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A2和焊接板H_B2组成的T形接头时，所述焊接板H_A2设定为底板，所述焊接板H_B2设定为腹板，所述焊接板H_B2焊接于焊接板H_A2中间位置；所述T形接头上的测量点记为测量点其中，测量点/>至测量点/>以及测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2，测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>与测量点/>测量点/>测量点/>测量点/>以及测量点/>对称设置于所述焊接板H_B2两侧；所述测量点/>和测量点/>设置于所述焊接板H_A2和焊接板H_B2焊接处；所述测量点/>至测量点/>设置于所述焊接板H_B2上；

当焊接试验中焊接接头形式为T形接头时，所述固有变形参数G_k包含底板固有横向收缩δ_TP，底板固有纵向收缩δ_LP，底板固有横向弯曲θ_TP，底板固有纵向弯曲θ_LP，腹板固有横向收缩δ_TW，腹板固有纵向收缩δ_LW，腹板固有横向弯曲θ_TW和腹板固有纵向弯曲θ_LW，其计算公式分别为：

δ_TP＝b-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T1)-[(b+Δb)/2]/cos(θ_T2)

δ_LP＝ΔL×B/L

θ_TP＝sin^-1(e₁/d₁)+sin^-1(e₂/d₂)

δ_TW＝H-[(H-ΔH)/cos(tan^-1(c/H))]

δ_LW＝ΔL_w×H/L

θ_TW＝sin^-1(c/H)-[sin^-1(e₁/d₁)-sin^-1(e₂/d₂)]/2

θ_LP＝θ_LW＝0

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接变形后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，b表示为测量点/>与/>测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，Δb表示为焊接后b值的变化量，L表示为测量点/>与/>测量点/>与/>X方向之间距离的平均值，ΔL表示为焊接后焊接板H_A2的L的变化量，B表示为T形接头宽度，e₁表示为焊接后焊接板H_A2左侧在Z方向的变形量，e₂表示为焊接板H_A2右侧在Z方向的变形量，d₁表示为测量点/>与/>测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，d₂表示为测量点/>与测量点/>与/>Y方向之间距离的平均值，H表示腹板高度，ΔH表示焊接后腹板高度的收缩量，c表示焊接后腹板顶端横向位移，ΔL_w表示为焊接后焊接板H_B2的L的变化量。

6.根据权利要求3所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k的方法包括：

当焊接试验中焊接接头形式为焊接板H_A3和焊接板H_B3组成的搭接接头时，所述焊接板H_A3和焊接板H_B3上均匀设定有呈2×3矩阵分布的6个测量点，记为测量点测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3远离所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_A3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3靠近所述搭接接头的一侧；测量点/>测量点/>和测量点/>设置为同一行并设置于焊接板H_B3远离所述搭接接头的一侧；所述焊接变形数据包括焊接前后测量点/>的位置坐标；

当焊接试验中焊接接头形式为搭接接头时，所述固有变形参数G_k包含固有横向收缩δ_T1，固有纵向收缩δ_L1，固有横向弯曲θ_T1，固有纵向弯曲θ_L1，固有横向收缩δ_T2，固有纵向收缩δ_L2，固有横向弯曲θ_T2和固有纵向弯曲θ_L2，其计算公式分别为：

δ_T2＝δ_T1

公式中，表示为焊接前测量点/>的初始横坐标，/>表示为焊接前测量点/>的初始纵坐标，/>表示为焊接后测量点/>的横坐标，/>表示为焊接后测量点/>的变形后的纵坐标，/>为任一测量点/>在z轴方向上的位移；B^γ为搭接接头长度，c^γ表示为接头搭接宽度，t^γ表示为焊接板H_A3和焊接板H_B3的厚度。

7.根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

8.根据权利要求1所述的大型结构件焊接变形预测方法，其特征在于，仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1。

9.一种大型结构件焊接变形预测***，其特征在于，包括：

焊接变形预测模块，用于根据待预测的结构件建立结构件有限元模型，调取焊接变形数据库内的固有变形数据对结构件有限元模型进行焊接仿真，获取结构件的焊接变形云图；

试验数据获取模块，用于通过分别改变焊接试验条件和焊接接头形式进行焊接试验，其中，所述焊接试验中由多个焊接试板焊接形成所述焊接接头，记录各焊接试验对应的焊接变形数据；基于焊接变形数据计算焊接试板的固有变形参数G_k；

计算模块，用于基于壳单元对焊接试验中焊接接头建立焊接接头有限元模型；根据固有变形参数G_k对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真，获得焊接变形仿真数据；基于焊接变形仿真数据计算焊接试板的仿真固有变形参数F_k；

迭代模块，用于若仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q外，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新，重复对焊接接头有限元模型进行焊接变形仿真过程进行迭代，直至仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k的比值在设定范围Q内，将固有变形参数G_k及相对应焊接试验条件和焊接接头形式作为固有变形数据录入焊接变形数据库中。

10.根据权利要求9所述的大型结构件焊接变形预测***，其特征在于，所述焊接试验条件包括焊接试板厚度、焊接方法、焊接材料、填充材料、焊接位置、焊接电流、焊接电压和焊接速度。

11.根据权利要求9所述的大型结构件焊接变形预测***，其特征在于，所述焊接接头形式包括对接接头、T形接头和搭接接头。

12.根据权利要求9所述的大型结构件焊接变形预测***，其特征在于，基于仿真固有变形参数F_k对固有变形参数G_k进行更新的方法包括：

公式中，G_k+1表示为第k+1次更新迭代后的固有变形参数。

13.根据权利要求9所述的大型结构件焊接变形预测***，其特征在于，仿真固有变形参数F_k与固有变形参数G_k比值的设定范围Q为0.9至1.1。

14.电子设备包括存储介质和处理器；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行权利要求1至8任一项所述的方法。