(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210623961.2 (22)申请日 2022.06.03 (71)申请人 华北理工大 学 地址 063210 河北省唐山市曹妃甸区渤海 大道21号 (72)发明人 钟英卓　于国成　纪宏超　袁洁　 方学明　韩春　胡洋　裴未迟　 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于ABAQUS的Q345 C焊接仿真分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于ABAQUS的Q345C焊接 仿真分析方法， 其包括仿真焊件的模型。 本发明 主要以高炉炉壳板为对象， 研究了三种工况下的 焊接仿真效果， 分别为： 在 ‑30℃低温环境下的焊 接工况、 传统火焰加热焊接技术低温工况焊接模 拟、 陶瓷片加热焊接技术在低温工况模拟分析。 基于ABAQUS软件实现快速准确的仿真建模前处 理过程， 通过Q345C焊接仿真过程中的温度场和 应力场分布， 验证了在不同的工况环 境下温度和 应力与实验 结果吻合度较高， 充分证明了板材焊 接模拟仿真的准确性这为实际工程应用提供了 相应的理论基础和仿真方法， 提高焊接质量， 减 少设备生产调试周期， 降低成本 。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 114896850 A 2022.08.12 CN 114896850 A 1.高炉炉壳板所使用的板材为Q345C在焊接生产过程中仿真模型的验证方法， 其特征 包括以下步骤： 步骤1， 参数获取 获得焊接生产的母材 材料为Q345C以及焊接生产过程中的工艺 参数； 步骤2， 仿真模型建立 根据步骤1获取的工艺参数， 使用ABAQUS软件建立焊接仿真生产过程的仿真模型； 并确 定模拟参数； 步骤3， 模拟过程 利用步骤1获取的母材， 根据步骤2中的仿真模型进行焊接模拟板材的温度场和应力场 变化； 步骤4， 分析总结 对板材在三种不同的预加热温度下得到的仿真结果分别进行总结分析， 然后对于利用 陶瓷片加热焊接技 术与传统加热焊接技 术进行对比分析。 2.根据权利要求1所述的参数获取， 其特征包括： Q345C作为焊接母材， 具有良好的强 度、 韧性及焊接性， 是用途非常广泛的刚性材 料。 3.根据权利要求1所述的仿真模型建立， 其特 征在于， 步骤2具体包括以下步骤： 步骤3.1： 对建立的部件进行几何划分， 在划分网格的时候， 为了提高计算精度并且适 当的减少仿真模型的计算 量， 对部件进行合理的尺寸网格划分； 步骤3.2： 对部件进行材料属性的赋予， 在焊接仿真过程中， 随着温度的变化材料的物 理属性， 包括密度、 导热系数、 弹性、 比热容、 塑性以及膨胀系数等 也都随之变化。 4.根据权利要求3所述的仿真模型建立， 其特征在于， 所述仿真模型生成模块为网格模 块和材料属性模块， 其中： 所述网格模块， 用于对仿真几何模型进行网格处 理； 所述材料属性模块， 用于赋予材 料属性。 5.根据权利要求4所述的仿真模型， 其特征在于， 所述设置边界条件包括： 载荷定义模 块和边界条件 模块， 其中： 所述载荷定义模块， 用于定义所述网格模型的载荷， 包括设置空间步长和时间步长， 施 加载荷； 所述边界条件 模块， 用于 定义所述网格模型的边界条件。 6.根据权利要求5所述的仿真模型， 其特征在于， 所述仿真模块环境温度设定： 设定环 境温度为室温， 即20   。 7.根据权利要求6所述的仿真模型， 其特征在于， 对焊接热源的选择， 包括： 选用双椭球 热源分布函数进行模拟， 提高了焊接模拟的准确性。 8.根据权利要求7所述的仿真模型， 其特征在于， 对模型进行求解， 得到温度场和应力 场并保存结果文件。 9.根据权利要求8所述的仿真模型， 其特征在于， 包括： 基于仿真结果生成仿真报告， 对 得到的温度场和应力场进行分析并得 出结论。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114896850 A 2基于ABAQUS的Q345C焊接 仿真分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及到焊接 仿真技术领域， 尤其涉及一种焊接结构仿真系统及仿真方法。 背景技术 [0002]我国近几年的焊接技术在迅速发展， 焊接技术在具有很多优点的同时， 还具有自 身的缺点， 如产生裂缝、 气孔、 焊后残余应力等。 焊接仿真就是通过运用基础科学理论对焊 接过程中的物理或化学现象进行分析， 可以模拟仿真焊接过程和 求解得到结果， 从而优化 设备结构和工艺设计， 提高产品焊接质量和品质。 [0003]通过ABAQUS二次开发， 在完成自动建立网格模型， 参数化建模过程以及自动进行 后处理结果文件方面， 已经实现高效模 型处理功能。 但在焊接仿 真分析中的应用少有研究， 前、 后处理的效率并没有増强其在焊接仿 真分析领域中的应用， 因此， 在焊接仿 真分析领域 中如何提升 仿真建模前处 理以及后处 理中结果分析处 理的效率是二次开发研究的重点。 发明内容 [0004]本发明提供了一种Q345C焊接仿真模型建立、 求解以及分析的方法， 旨在利用正确 有效的手段获得的仿真模型， 并利用该仿真模型获得焊缝处及周围的温度场和应力场， 以 此来指导 Q345C焊接生产过程， 缩短了实 践检验所需的时间。 [0005]发明技术方案如下： 本次研究对高炉炉壳板在常温以及低温条件下的焊接过程进行研究。 为减少同类 型的焊接仿 真及焊缝顺序优化过程中的手动重复建模过程， 基于ABA QUS软件实现快速准确 的仿真建模的前 处理过程， 完成高炉炉壳板Q345C材料的焊接仿 真分析及工艺优化。 主要研 究内容包括在 ‑30℃低温环境下、 传统火焰加热在低 温工况下以及 陶瓷片加热在低 温工况 下三种情况 下的焊接技 术模拟情况分析， 其特 征在于包括以下步骤。 [0006]步骤1， 参数 数据获取。 [0007]焊件母材为Q345C， 用母材进行焊接以及 焊接生产过程中的工艺参数， 利用的焊接 热源的确定 。 [0008]步骤2， 仿真模型建立。 [0009]根据步骤1获取的参数， 使用ABAQUS建立板材焊接生产过程的仿真模型； 同时确定 Q345C材料的热物理性能参数、 接触及环境温度以及 双椭球热源形状参数。 [0010]步骤3， 模型模拟过程。 [0011]利用步骤2的焊接仿真模型进行焊接模拟， 获得焊件在整个焊接过程中的温度场 和应力场变化。 [0012]步骤4， 对比分析总结。 [0013]利用步骤3焊接得到 的温度场和应力场， 比较不 同工况下进行焊接得到的温度场 和应力场的差异， 尤其比较陶瓷加热片加热焊接技术与传统加热焊接技术的差异， 即哪一 种预加热 方式下的焊接 仿真效果更好。说　明　书 1/3 页 3 CN 114896850 A 3