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摘要：本发明公开了一种基于稳态传热分析的焊接接头残余应力高效计算方法。本申请是一种以改变温度场模拟方式来提高焊接有限元模拟整体计算效率的方法；发现焊接过程中的准静态阶段，以此对温度场建模进行稳态计算；在进行有限元模拟时忽略端部的影响，通过将复杂冗长的瞬态有限元模拟变成一个时刻的静态模拟，大大节省温度场计算所需要的时间，进而将稳态时刻的空间温度分布转化为全域的全过程焊接热循环，并代入应力场中计算，相对于瞬态的热力耦合计算减少了时间增量，降低非线性运算次数，解决了传统有限元模拟计算时间长，计算成本高的问题，提高了残余应力计算效率及收敛性，为大型压力容器的焊接有限元模拟提供了一种新的思路。

主权项：1.一种基于稳态传热分析的焊接接头残余应力计算方法，其特征在于，采用稳态有限元热模型，以欧拉坐标系为参考系，以焊枪作为参照物，进行温度场有限元分析，进而将稳态时刻的空间温度分布转化为全域的全过程焊接热循环，并代入瞬态应力场中计算，包括以下步骤：1稳态有限元温度场计算1.1温度场的控制方程设置：当热源的热量进入焊接接头的熔池后，焊接接头内部的热量传递以热传导为主，对于三维稳态传热问题，温度场的控制方程为： 其中ρ是材料密度；c是材料的比热容；λi是导热系数；T是温度场的分布函数；Qt是内生热率；T＝T0是温度场的边界条件；1.2建模型：在焊缝端部，熔池是不稳定的且温度变化比较剧烈，中间部分焊缝温度分布处于准稳态，为考虑多层焊接层间温度的影响、实现温度的准确预测，温度场模型的长度应为实际焊缝长度与焊接速度乘以焊接时间的总和；1.3材料参数的赋予：焊接的构件在热传导上具有各向异性，因此在不同的方向上赋予不同方向上对应的热传导参数的数值；1.4分析步设置：将分析步中的响应设置为稳态，设置加热步骤时间；2有限元应力场计算将稳态有限元热模型输出的静态数据转化成瞬态节点温度数据，作为有限元应力场模型所需要的热载荷，进行热-力耦合计算；2.1稳态空间温度分布转化成全场焊接热循环数据：为了将稳态有限元热模型的热结果输入到有限元应力场模型中，对稳态有限元热模型的结果进行如下处理：无相变的情况下：针对第i道焊缝节点，首先利用Python软件编写的脚本程序对稳态热模型的结果进行读取，以起弧端面为起始，提取各个节点温度和坐标信息，利用MATLAB软件编写的温度和坐标信息筛选程序对提取出来的温度和坐标信息按照沿焊接方向进行筛选，然后绘制出起弧端面各个点的位置坐标-温度曲线，通过沿焊缝方向上的各个点的位置坐标除以实际焊接速度得到起弧端面各个节点的沿焊缝方向的温度-时间曲线：即热循环曲线；实际焊接速度： t为各节点温度对应的时间；x为沿焊缝方向上坐标值；v为焊接速度；利用Python软件创建瞬态温度场结果文件：第一，因为要创建瞬态温度场文件，并添上步中得到的热循环数据，因此导入的模块有：odbAccess、odbMaterial、odbSection和abaqusConstants；第二，创建对象，对象包括材料属性和截面、部件实例、分析步和帧、节点和单元；第三，向瞬态温度场中添加场数据或热历史数据；第四，设置Visuallization模块中的默认场输出，得到完整的瞬态温度场；为引入多层多道焊中后焊焊道j对已焊焊道的后热影响，在稳态温度场计算云图中划定热影响区区域大小，对后焊焊道、已焊焊道和母材内的热影响区内节点温度都进行提取及转化；将利用Python软件得到的瞬态温度场结果导入到应力场的input文件中，通过应力场有限元分析得到完整的瞬态应力场残余应力的分布结果，即可完成焊接接头残余应力的计算；若材料在焊接过程中存在固态相变现象，则将相变模型通过Fortran语言编写成相变程序，嵌入到应力场有限元分析中以获得其残余应力分布和变形分布，即可完成焊接接头残余应力的计算；相变模型如下：贝氏体相变：其中Tt是实时温度；变量a1，b1，c1a2，b2，c2是函数拟合的参数，根据冷却速度确定；马氏体相变：XM＝Xr1-exp-b·Ms-Tt5其中Ms是马氏体相变开始温度；Tt是实时温度；b是与马氏体生长速率相关的常数；Xr是残余奥氏体。

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