(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 202210737998.8 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 中建三局第一建 设工程有限责任公 司 地址 430040 湖北省武汉市东西湖区东吴 大道特1号 (72)发明人 张义　董华　张舟　柳长谊　 (74)专利代理 机构 武汉世跃专利代理事务所 (普通合伙) 42273 专利代理师 邬丽明 (51)Int.Cl. B23K 37/00(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维 网格模型的建立方法 (57)摘要 本申请涉及一种用于对焊接头有限元模拟 的焊接三维网格模型的建立方法， 包括以下步 骤： 切割对焊接头， 露出焊缝剖面并清洗后拍照； 将拍照所得到的图像划分为多个区域并采用描 点法取得每个区域边界点坐标； 将各区域边界点 坐标进行平 面网格划分， 并拉伸生成各区域的三 维网格模型； 最后将所有区域三维网格模型粘到 一起形成焊接三维 网格模型。 该建模 方法能够考 虑焊缝熔池的实际尺寸， 利用所建立的有限元网 格模型可以更加准确的模拟对焊接头的焊接过 程， 得到更准确的残余应力及焊接残余变形结 果， 优化焊接工艺， 提高焊接质量， 从而提高对焊 接头的安全性。 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 CN 115319339 A 2022.11.11 CN 115319339 A 1.一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1:以垂直于焊接的方向切割对焊接头， 露出焊缝剖面， 清洗焊缝剖面后对其进行拍 照； S2:将拍照所得到的图像划分为多个区域， 包括第一母材区域、 第 二母材区域和每一层 焊缝区域， 所述每一层焊缝区域与实际熔池形貌相匹配； S3:将S2中的每个区域的边界进行描点， 并确定每个描点的坐标， 并将所得到的每个区 域边界的描点 坐标输出至不同的文本文件， 获得每 个区域的边界点 坐标文件； S4:基于S3中得到的每个区域的边界点坐标文件， 进行平面网格划分， 生成每个区域的 平面网格模型； S5:将所述每 个区域的平面网格模型通过拉伸生成每 个区域的三维网格模型； S6： 将所有区域三维网格模型粘到一起得到所述用于对焊接头有限元模拟的焊接三维 网格模型。 2.如权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 清洗焊缝剖面的具体步骤为： 在对焊接 头切割后， 将切割面浸入电解浸蚀液中， 通入电流进行浸蚀， 显示金属显微组织， 保证清晰 地显示出每层焊道的边界。 3.如权利要求1所述的建立方法， 其特 征在于， S3中不同区域共用边界处要 描相同点。 4.如权利 要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S4中， 拉伸是采用Fortran计算机语 言将平面网格模型沿着焊接方向拉伸生成三 维网格模型， 同时将单元和节点信息按照生成 顺序存储。 5.根据权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S6中， 将多层焊缝的三维网格模 型与第一母材区域和第二母材区域的三维网格模型粘到一 起时， 边界单 元共用节点。 6.根据权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S3中， 描点之前以垂直于焊缝的 试件两侧面的中心线为原则来建立 坐标系和原点。 7.根据权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S6中， 采用Fortran计算机语言同 时将不同区域的三维网格模型的单 元与节点信息分别建立 集合。 8.根据权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S4中， 进行平面网格划分是基于 Delaunay三角剖分方法， 得到每 个区域的三角形平面网格模型。 9.根据权利要求1所述的建立方法， 其特征在于， 步骤S6中， 将所有区域三维网格模型 粘到一起的具体步骤为： 将每一层焊缝区域的三维网格模型按照焊接顺序依 次粘到一起， 然后将整体焊缝区域的三维网格模型与第一母材区域和第二母材区域的三维网格模型粘 到一起， 即得到所述用于对焊接 头有限元模拟的焊接三维网格模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115319339 A 2一种用于对焊接头有限元模拟 的焊接三维网格 模型的建立 方法 技术领域 [0001]本发明涉及焊接制造技术领域， 具体涉及 一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三 维网格模型 的建立方法， 该三维网格模型可用于焊接过程模拟， 得到更准确的残余应力及 焊接残余变形 结果， 优化焊接 工艺， 提高焊接质量。 背景技术 [0002]有限元焊接模拟 可以用于焊接工艺优化， 通过模拟可以更合理的确定多道焊焊接 分层数及各层的焊接顺序。 合理的焊接工艺可以有效的降低焊接构件的残余变形并控制残 余应力， 提高焊接质量。 [0003]对于对焊接头， 其对接焊焊缝剖面如图1所示。 由图1中可以发现， 焊接完成后部位 母材熔化并与焊材 结合， 导致焊缝实际几何边界非常不 规则， 不同于焊接坡口 的几何边界。 [0004]使用有限元方法模拟多道焊焊接过程， 需要将焊缝的网格合理划分， 并准确的确 定每一层焊缝划分单元的编号， 以便于在焊接模拟过程中热源移动时适时地激活相应的单 元。 为了便于焊缝的网格划分， 并准确的掌握单元的编号信息， 在以往的焊接有限元模拟过 程中， 焊缝一般采用焊接坡口的几何尺寸， 不考虑焊缝熔池实际尺 寸， 如图2所示。 而实际焊 缝尺寸远大于坡口尺寸， 且焊缝 熔池实际边界非常不 规则， 如图1所示。 [0005]因此， 有必要考虑实际熔池的实际尺寸， 提供一种用于对焊接头有限元模拟的更 为精细的焊缝三维网格模型。 发明内容 [0006]本发明为解决上述技术问题提供一种用于对焊接头有限元模拟的焊接三维网格 模型的建立方法， 该方法得到的三维网格模型能够准确的模拟焊缝的实际几何形状， 用于 焊接过程模拟可得到更准确的残余应力及焊接残余变形结果， 优化焊接工艺， 提高焊接质 量。 [0007]为达到上述目的， 本发明采用如下技 术方案得以实现： [0008]一种用于对焊接 头有限元模拟的焊接三维网格模型的建立方法， 包括以下步骤： [0009]S1:以垂直于焊接的方向切割对焊接头， 露出焊缝剖面， 清洗焊缝剖面后对其进行 拍照； [0010]S2:将拍照所得到的图像划分为多个区域， 包括第一母材区域、 第二母材区域和每 一层焊缝区域， 所述每一层焊缝区域与实际熔池形貌相匹配； [0011]S3:将S2中的每个区域的边界进行描点， 并确定每个描点的坐标， 并将所得到的每 个区域边界的描点 坐标输出至不同的文本文件， 获得每 个区域的边界点 坐标文件； [0012]S4:基于S3中得到的每个区域的边界点坐标文件， 进行平面网格划分， 生成每个区 域的平面网格模型； [0013]S5:将所述每 个区域的平面网格模型通过拉伸生成每 个区域的三维网格模型；说　明　书 1/4 页 3 CN 115319339 A 3