(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 202210549103.8 (22)申请日 2022.05.20 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430000 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 庞盛永　史玉升　梁吕捷　黄安国　 (74)专利代理 机构 厦门智慧呈 睿知识产权代理 事务所(普通 合伙) 35222 专利代理师 郑晋升 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于实体单元塑性应变 映射的焊接变形方法， 包括： 获取焊接接头与整 体结构件的有限元网格模型； 基于有限元网格模 型， 采用热 ‑弹‑塑性有限元分析方法获取焊接接 头的塑性应变； 基于塑性应变， 在焊接接头的三 维模型计算得到的残余塑性应变结果中， 建立塑 性应变点云； 建立所述塑性应变点云与所述结构 件的联系， 并将塑性应变点云进行加权求和， 得 到整体结构件基于塑性应变载荷不变的映射结 果； 对结构件的塑性应变结果进行载荷力矩修 正， 得到整体结构件基于塑性应变载荷与力矩双 守恒的映射结果； 进行空间坐标系的转换从而获 得所述整体结构件在全局坐标系下的塑性应变 数值。 本发明实现了 计算精度与效率的兼顾。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114896695 A 2022.08.12 CN 114896695 A 1.一种基于实体单 元塑性应 变映射的焊接变形 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取焊接 接头与待焊接的整体结构件的有限元网格模型； 基于所述有限元网格模型， 采用热 ‑弹‑塑性有限元分析方法获取所述焊接接头的塑性 应变； 基于所述塑性应变， 在所述焊接接头的三维模型计算得到的残余塑性应变结果中， 建 立塑性应 变点云； 建立所述塑性应变点云与所述结构件的联系， 并将所述塑性应变点云进行加权求和， 得到所述整体结构件基于塑性应 变载荷不变的映射结果； 对所述结构件的塑性应变结果进行载荷力矩修正， 得到所述整体结构件基于塑性应变 载荷与力矩双守恒的映射结果； 进行空间坐标系的转换从而获得 所述整体结构件在全局坐标系下的塑性应 变数值。 2.根据权利要求1所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 基 于所述有限元网格模型， 采用热 ‑弹‑塑性有限元分析方法获取所述焊接接头的塑性应变， 具体包括： 根据所述焊接接头的有限元网格模型， 求解所述焊接接头的温度场， 再根据本构关系 和夹持边界， 求出 所述焊接 接头的塑性应 变。 3.根据权利要求1所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 基 于所述塑性应变， 在所述焊接接头的三维模型计算得到的残余塑性应变结果中， 建立塑性 应变点云具体包括： 在焊接接头三维模型中计算得到的残余塑性应变结果中， 以焊缝中间位置垂直于焊缝 的截面为基准面， 截取所述基准 面上的塑性应 变结果； 按照高斯积分点对焊缝中间位置垂直于焊缝的截面与焊接接头三维模型所相交得到 的焊接接头剖切截面进行区域划分； 其中， 在每个区域中， 内部塑性应变变为均匀分布， 从 而以此为基础建立以四边形为单位的二维空间上的塑性应 变分布图； 根据所述塑性应 变分布图建立数据点阵， 得到塑性应 变点云。 4.根据权利要求3所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 在 每一个按照高斯积分点划分的区域中建立基于单元局部坐标系的n*n数据点阵， 其中n的数 值取决于焊接接头的网格尺寸和所述整体结构件的网格尺寸， 数据点阵中的每一个点的应 变数值都与该区域对应的高斯积分点的塑性应 变值相同。 5.根据权利要求3所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 建 立所述塑性应变点云与所述结构件的联系， 并将所述塑性应变点云进行加权求和， 得到所 述整体结构件基于塑性应 变载荷不变的映射结果具体包括： 在整体结构件和焊接接头上建立与点云平面相同的焊缝坐标系， 并通过判断塑性应变 点云是否位于整体结构件的单 元内部来筛 选获得需要的塑性 点云数据； 根据整体结构件的常应变区域与焊接接头网格下塑性应变的位置关系得出每个区域 覆盖的各个塑性应变点云集合的面积， 将覆盖的各个塑性应变点云的面积除以常应变区域 的面积获得权值； 将权值与各自塑性应变点云的塑性应变大小乘积求和得到整体结构件基于塑性应变 载荷不变的映射结果。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114896695 A 26.根据权利要求1所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 对 所述结构件的塑性应变结果进 行载荷力矩修正， 得到所述整体结构件基于塑性应变载荷与 力矩双守恒的映射结果包括： 对于角变形， 计算材料相对于中心原点微元体收缩产生的收缩力矩， 在此计算焊接接 头中的载荷力矩， 同时计算得到经过塑性应变映射之后， 整体结构件中的载荷力矩， 得到力 矩差； 以所述力矩差为基础引入修正因子， 对整体结构件的塑性应变结果进行载荷力矩修 正。 7.根据权利要求6所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 载 荷计算方法为： 其中[D]为材料的本构矩阵， V为塑性变形区域的体积， ε为应变分量在某一个方向上的 变化； 力矩计算方法为 {M}＝{F}{d}T 其中F为载荷， {d}为收缩力到参 考点的距离 。 8.根据权利要求1所述的基于实体单元塑性应变映射的焊接变形方法， 其特征在于， 进 行空间坐标系的转换从而获得 所述整体结构件在全局坐标系下的塑性应 变数值具体包括： 根据整体结构件中全局坐标系和焊缝坐标系基准轴之间的夹角矩阵以及焊接接头中 全局坐标系和焊缝坐标系基准之间的夹角矩阵， 进行矩阵变换， 从而得到空间坐标系转换 的结果， 以获得 所述整体结构件在全局坐标系下的塑性应 变数值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114896695 A 3