T-CWAN 0063-2023 焊接数值模拟热弹塑性有限元方法

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33团 体 标 准T/CWAN

0063—2023焊接数值模拟

热弹塑性有限元方法

finite

2023-12-27

发布 2024-02-01

实施中国焊接协会

发布学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载目 次

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10

...................................................................... 11学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载前 言

1.1—2020

本文件起草单位：江苏徐工工程机械研究院有限公司、郑州机械研究所有限公司、哈尔滨职业技术学院、河南科技大学、中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司、中信重工机械股份有限公司、青岛海尔空调器有限总公司、哈尔滨电机厂有限责任公司、上海航天精密机械研究所、上海工程技术大学、北京星航机电装备有限公司、南昌航空大学。本文件主要起草人：张立平、蹤雪梅、龙伟民、张贵芝、郝双双、魏世忠、孟政宇、滕彬、武汉IIｗ学兔兔ｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023ｗ学兔兔ｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载焊接数值模拟

热弹塑性有限元方法

文件用于于热塑性限元法的接结件熔焊焊变形焊接余应力的焊接

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于

3651

4338

4339

0632

0009

and

界定的以及下列术语和定义适用于本文3.1

heat

source

model3.2

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0063—2023学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载3.3

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6.1 6.1.1

几何模型简化应符合准确性和经济性两个原则。准确性是指应保留分析对象主要特征，以保证6.1.2

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6.2 6.2.1

6.2.2

6.2.3

6.2.4

Ⅰ——Ⅲ——

6.2.5

6.2.6

6.3 6.3.1

用于焊接仿真分析的材料热物理性能参数应包括热导率、比热容、密度、线膨胀系数、弹性模ｏｍ标准．ｃｘｗｚｆ学兔兔ｗｗｗ．ｂ下载

0063—2023ｏｍ标准．ｃｘｗｚｆ学兔兔ｗｗｗ．ｂ下载6.3.2

材料的屈服准则应选用

屈服准则，材料进入塑性区后服从塑性流动准则和等向强化准6.3.3

材料低温区间

600

的热物理性能参数按表

规定的方法和设备进行测量。材料高温区(≥600

℃)热物理性能参数可过数据外插拟获得，也可通备材料性能计算功的软件获6.3.4

3651

1/K

4339

NB/SH/T

0632

4338

6.4

6.4.1

6.4.2

电弧焊宜选用双椭球体双椭圆面热源模型，激光焊宜选用高斯旋转体热源高斯面热源模型，激6.4.3

6.4.4

1)

2)

3)

将焊接仿真分析获得的热循环曲线与测量获得的热循环曲线进行对比，见图

b)，反复调整

10%学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载a)

热电偶放置位置 b)

热循环曲线对比图

）通过对比焊缝形貌确定焊接热源参数：1)

2)

设定焊接热源的参数，双椭球热源前半轴长度宜设为熔深，后半轴长度宜设为

倍熔深，进行3)

将焊接接头热源形貌与宏观金相进行对比分析，见图

，判断其吻合性，反复调整焊接热源参

6.5

6.5.1

25

6.5.2

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6.5.3

6.6

6.6.1

10 6.6.2

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0.1

0.5

60%

10

1.5

8.1

8.2

8.3

20%8.4

8.1~8.3学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

根据具体的分析对象、分析目的等编写分析报告，模板见附录，仿真实施过程可参见附录示出——结果分析，应给出关键位置的焊接变形值及典型的图标结果，如变形、应力应变云图。图表学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

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仿真结果与实验结果对比，例如激光三维扫描变形测量、盲孔法残学兔兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ标准下载

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B.1

Q345

30°V

Q345

纵向残余应力与相应的

射线测量结果十分吻合；计算的变形与光学变形测量变形趋势一致，数值相

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C.1

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0063—2023

300

mm×120

Q345

25

135

6783.34

9.167

1.2

13

30

(2×15

150

300

20

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0063—2023

力间接耦合，

）。a

1bq1ya

1b

f1a1bc

x

22

y

22

z

2

………(C.1)c2

3z

q

x,y

,z

exp3z

q

x,y

,z

expc

a

bca

bq

x

yz

q

q,b,c

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0063—2023

K

………(C.4)

考虑到焊缝形状和部件几何形状，使用六面体单元进行3D网格划分。焊接方向上的单元长为1mm（见图C.3）。1-焊接方向。

焊缝金属单元大小：e=1

mm，e=e=0.5

mm。图

C.3

试板网格和约束10603.04.52.00.00.00.0-3ｗｗ．ｂｚｆ学兔兔ｗｘｗ．ｃｏｍ标准下载ｗｗ．ｂｚｆ学兔兔ｗｘｗ．ｃｏｍ标准下载

0063—2023

表C.1给出了工况和时间步的设置。表

C.1

计算时间步长概述 [0s;

32.7

dt=0.109

dt=0.0545

[32.918s;

dt=1.0

dt=1.0

[201s;

2000

dt=50

dt=50

C.5.2

热源描述热输入通过双椭球热源模型实现。焊接轨迹由作为焊接开始的点P1（0,60,0）和作为焊接结束的P2（300,60,0）限定。热源沿轨迹以vw=9.167

mm/s的速度均匀地移动。根据输入的热源参数和焊缝横截面以及瞬态温度测量来调整热源模型。熔池的几何形状以及瞬态高温范围受热源的影响。双椭球热源的形状参数列于表C.2中。参数X0，Y0，Z0描述热源到假定的实际弧的基点的几何P1和P2之间的焊接轨迹移动。前半部分椭球能量分配系数是后半部分椭球能量分配系数的1.2倍。表

C.2

双椭球热源参数的设置

。根据↋=0.8

表

C.2

双椭球热源参数的设置

C.6.1

温度场图C.4所示分别为试验和模拟获得的焊缝中心上表面和底部热循环曲线。上表面热电偶距焊接中心的距离为5

mm，6

mm，7

mm和7.8amm，底部热电偶距焊接中心的距离为2

mm，4

mm。兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃ学兔ｏｍ标准下载兔ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃ学兔ｏｍ标准下载

0063—2023

a)焊缝中心上表面 b)焊缝中心底部注：横坐标-时间

t/s；纵坐标-温度

T/℃；

通过两个相邻高斯点之间的线性插值确定。图

C.4

试验和模拟热循环曲线对比图C.6.2

变形实验测量焊后变形如图

a)所示。仿真模拟焊后变形如图

b)所示。两图均显示样件冷却时的方向变形（最终变形）。实验测量的方向的最大变形为1.8

。计算得出变形为1.6

。从定性和定 b)

C.6.