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专利号: 2020107237032
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于快速傅里叶变换的高效焊缝形貌数值模拟预测方法,其特征在于,包括如下步骤:

第一步:定义初始焊缝形貌函数H;

第二步:输入焊接参数;

第三步:求解初始焊缝形貌函数H变化过程,该过程由焊缝形貌函数H运动方程控制:其中,为偏微分算子,t为焊接时间,H为初始焊缝形貌函数,为梯度算子,为熔池流动速度,其求解过程如下:

(1)基于快速傅里叶变换求解焊接传热方程,将焊接传热方程转换为以下形式:其中, 为散度算子,λg为气相热导率,为梯度算子,T为熔池温度,h’为热传导项Dh、能量源项Sh以及非常数项之和;

对公式(2)的h’求解,获得熔池温度T;

(2)在获得熔池温度T后,计算焊接时熔池的内力源(3)在获得内力源 后,基于快速傅里叶变换进一步求解焊接流动方程,并将焊接流动方程转换为以下形式:

其中, 为散度算子,ρg为气相密度,为梯度算子,p为熔池压力,f’为对流项Au、扩散项Du、源项Su和非常数项之和;

对公式(3)的f’求解,获得熔池压力p;

(4)得到熔池压力p后,代入焊接流动方程中,即可获得熔池流动速度第四步:输出新的焊缝形貌函数H’并绘制分布图根据求解得到的初始焊缝形貌函数H变化过程,输出新的焊缝形貌函数H’,并绘制焊缝形貌函数的分布图;

第五步:提取新的焊缝形貌及特征参数根据新的焊缝形貌函数H’分布图,提取新的焊缝形貌以及特征参数。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第一步中,以双曲正切函数作为初始焊缝形貌函数H,初始焊缝形貌定义为双曲正切函数的0.5等值面。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第二步中,焊接参数包括焊接功率、焊接速度、工件结构、母材及焊丝热物性参数、散热条件。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第三步中,内力源 主要来自于熔池所受的热浮力 热毛细力 反冲压力 其满足如下公式:其中,T为熔池温度,ρ为混合相密度,α为材料热膨胀系数,Tref为参考温度, 为重力加速度,γ为表面张力系数,δ为狄拉克函数,为界面法向量,A为蒸发系数,B0为蒸发常数,mv为气相分子或原子质量,Lv为汽化潜热,kb为玻尔兹曼常数,Ts为汽化温度。

5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第三步中,得到熔池压力p后,将其代入如下焊接流动方程,可获得熔池流动速度T

其中,为偏微分算子,为转置运算,t为焊接时间, 为散度算子,为梯度算子,p为熔池压力,为内力源,为熔池流动速度,ρ、μ分别为混合相的密度和动力粘度,并满足以下关系:

其中,H为焊缝形貌函数,下标l和g分别代表液相和气相。

6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第三步中,对h’进行快速傅里叶变换,随后对矩阵转置,得到对三角矩阵,采用追赶法或高斯消元法求解对三角矩阵,随后对解矩阵转置,并做快速傅里叶变换,获得熔池温度T。

7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第三步中,对f’进行快速傅里叶变换,随后对矩阵转置,得到对三角矩阵,采用追赶法或高斯消元法求解对三角矩阵,随后对解矩阵转置,并做快速傅里叶变换,获得熔池压力p。

8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,第五步中,新的焊缝形貌为新的焊缝形貌函数H’的0.5等值面,特征参数包括焊缝熔宽、熔深和余高。