一种单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法

摘要

本发明提供一种单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法，将计算机图形学中的网格法用于焊接熔池与焊缝成形的模拟与仿真，构建了以平面三角形网格为基础的焊道、熔池及焊缝模型；结合双椭球模型和高斯热源模型得到了熔池凹陷及焊缝余高生长函数；本发明采用两层网格分别模拟打底层的正面和背面焊缝，填充层和盖面层分别用相应的单层网格模拟；并通过熔池凹陷及焊缝余高生长函数控制各三角形网格顶点的运动，从而形成凹陷的网格熔池及网格焊缝。经实际运行测试，集成系统运行稳定，模拟效果逼真。

主权项

一种单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法，其特征在于：1)熔池模拟焊接过程中，电弧在焊条和焊件之间燃烧，当加热一段时间后，试板上被电弧加热区域中的金属温度达到熔点时，开始熔化并形成熔池；熔池形成之后，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力向熔池过渡，熔池中的液态金属逐渐增加，在各种力的作用下发生凹陷，对熔池凹陷的模拟结合双椭球模型和高斯热源模型，随着电弧在某一点作用时间的增加，熔池凹陷的深度增加，网格三角形顶点的y坐标下降表示熔池的凹陷，在模拟中提出熔池凹陷函数，即公式3来计算顶点y坐标的下降量即模拟熔池的凹陷量， Δy 1 = - k 1 e - c ( R x 2 a x 2 + R z 2 b z 2 ) (公式3)式中：Δy1为三角形网格顶点y坐标下降的幅度；k1为系数，通过调节k1控制熔池凹陷的快慢；Rx为三角形网格顶点与电弧中心x方向(熔池宽度方向)的距离；ax为控制椭球的宽度即熔池的宽度；Rz为三角形网格顶点与电弧中心z方向的距离；bz为控制椭球的长度即熔池的长度；c为熔池形貌的修正系数，取值为1～3；通过该熔池凹陷函数及OpenGL的渲染功能得到模拟熔池效果；2)焊缝模拟打底焊时由于重力、电弧力以及表面张力的相互作用，焊道背面网格由熔池凹陷形成，焊层正面呈基本水平或稍下凹状态，焊道正面焊缝控制函数如公式5所示： Δy = k 2 exp [ - a ( R b ) n ] (公式5)式中：Δy为三角形顶点y坐标变化的幅度；k2为比例系数，表示焊缝生长的快慢；a是修正系数，取值为整数；R为三角形顶点距离电弧中心的距离；b是熔宽控制系数；n是可调系数；通过该焊道正面焊缝控制函数及OpenGL的渲染功能得到模拟焊缝效果。