(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 202211215739.5 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 西安空间无线电技 术研究所 地址 710100 陕西省西安市长安区航天基 地东长安街504号 (72)发明人 张亚楠　孙鹏　杨茂　梁作庆　 李科　贾旭洲　周澄　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 范晓毅 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01)G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起 点的方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于温度和应力仿真确 定激光封焊起点的方法， 包括构建外壳的实体模 型； 根据激光封焊过程中热力对外壳的影响， 将 外壳的实体模 型进行分区， 并基于分区结果构建 外壳的有限元模 型； 利用有限元模 型得到不同封 焊起点条件下， 封焊过程中外壳的温度场和应 力； 根据温度场和应力， 在不同封焊起点中确定 外壳的封焊起点。 本发明能够准确快速的确定最 优激光封焊起点， 提高了产品质量合格率， 符合 当前宇航用有效载荷产品短周期、 批量化的研制 需求。 权利要求书3页 说明书11页 附图5页 CN 115544683 A 2022.12.30 CN 115544683 A 1.一种基于温度和应力仿真确定 激光封焊起 点的方法， 其特 征在于， 包括： 根据外壳的二维结构图， 构建外壳的实体模型； 根据激光封焊过程中热力对外壳的影响， 将外壳的实体模型进行分区， 并基于分区结 果构建外壳的有限元模型； 利用有限元模型进行温度场分析， 并根据温度场分析结果优化有限元模型， 得到第一 优化有限元模型； 利用第一优化有限元模型得到不同封焊起点条件下， 封焊过程中外壳的 温度场； 基于温度场， 利用第一优化有限元模型进行应力分析， 并根据应力分析结果优化第一 优化有限元模型， 得到第二优化有限元模型； 利用第二优化有限元模型得到不同封焊起点 条件下， 激光封焊过程中外壳的应力； 根据不同封焊起 点下激光封焊过程中外壳的温度场和应力， 确定 外壳的封焊起 点。 2.根据权利要求1所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 将外壳的实体模 型侧壁中， 与封焊面垂直距离≤d 的部分作为关键区域； d为 1～2mm中 的任一值； 所述温度场分析结果为关键区域的温度场分析结果， 根据第 一优化有限元模型得到不 同封焊起 点条件下， 封焊过程中外壳关键区域的温度场； 所述应力分析结果为关键区域的应力分析结果， 根据第 二优化有限元模型得到不同封 焊起点条件下， 激光封焊过程中外壳关键区域的应力， 根据关键区域的应力得到关键区域 的应力安全系数变化曲线。 3.根据权利要求2所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 所述封焊面 为圆角矩形； 不同封焊起 点的确定方法为： 不同封焊起 点至少在封焊面的两条相邻边上选择； 在单条边上选择的封焊起点至少包括该边的中点， 在该边边长足够的前提下， 还包括 以中点为起点， 沿该边每间隔10～15m m选择的若干个封焊起 点。 4.根据权利要求1所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 根据激光封焊过程中热力对外壳的影响， 将外壳的实体模型进 行分区， 并基于 分区结 果构建外壳的有限元模型的方法为： 根据激光封焊过程中热力对外壳的影响， 将外壳的实体模型进行分区， 得到焊缝影响 区、 过渡区及远离热源区； 其中， 焊缝影响区以焊缝中心为中心， 从焊缝中心向两侧的深度 递减， 呈现碗碟形， 焊缝影响区顶部的宽度为0.6～1.0mm， 焊缝中心部位深度为0.6～ 1.0mm； 过渡区从焊缝影响区的边界向远离焊缝影响区的方向延伸， 过渡区顶部的宽度为焊 缝影响区顶部宽度的0.3～0.4倍； 远离热源区为外壳的实体模型中除焊缝影响区和过渡区 外的剩余部分； 定义焊缝影响区、 过渡区及远离热源区的网格尺寸， 对实体模型进行网格划分； 所述焊 缝影响区的网格尺寸小于远离热源区的网格尺寸， 过渡区用于实现焊缝影响区与远离热源 区网格尺寸的过渡； 根据实体模型的网格划分结果， 构建外壳的有限元模型。 5.根据权利要求4所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115544683 A 2在于， 利用有限元模 型进行温度场分析时， 对有限元模型施加温度场分析边界条件； 根据温 度场分析结果优化有限元模型时的优化 目标为， 使温度场分析结果收敛或符合真实工况； 根据温度场分析 结果优化有限元模型的方法包括， 去除网格畸变或加密网格； 根据温度场， 利用有限元模型进行应力分析时， 将 温度场作为载荷施加于有限元模型， 同时对有限元模型施加应力分析边界条件； 根据应力分析结果优化有限元模型时的优化目 标为， 使应力 分析结果收敛且符合真实工况； 根据应力 分析结果优化有限元模型 的方法包 括， 去除网格畸变或加密网格。 6.根据权利要求5所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 温度场分析边界条件包括： 移动热源模拟激光热源输入和表面对流换热模拟外壳向 周围环境的热输出； 移动热源为高斯 面热源和锥体热源的组合， 高斯 面热源和锥体热源的描述如下： 高斯热源： 锥体热源： 其中， x、 y、 z为计算点相对于热源点的坐标， rs、 rV为热源作用当量半径， α 为面热源集中 系数， H及β 为体热源作用深度及衰减系数， Qs为面热源的输入热流密度， QV为体热源的输入 热流密度； 应力分析边界条件 包括在不限制壳体热膨胀的前提下， 限制壳体的反转和平 移。 7.根据权利要求6所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 对有限元模型进行温度场分析的方法为： S3.1给定激光封焊过程的焊接速度、 封焊起点、 初始热源移动方向及热源移动路径； 记 沿热源移动路径的各焊点 为pi， i≥0， p0代表封焊起 点； S3.2在pi处， 按照热源移动 方向沿热源移动路径寻找下一个焊点pi+1， 并根据焊接速度 更新热源移动方向； S3.3重复步骤S3.2， 直至返回封焊起 点； 步骤S3.2中， 在 p0处按照给定的初始热源移动方向沿热源移动路径寻找下一个 焊点p1； 步骤S3.2中， 在热源移动方向和当前焊点已知的基础上， 将热源移动路径的圆弧段等 效为离散的直线段； 在热源移动路径的圆弧段， 根据焊接速度沿坐标轴的分量， 生成基于当 前时间的等效热源。 8.根据权利要求5所述的一种基于温度和应力仿真确定激光封焊起点的方法， 其特征 在于， 利用有限元模型进行应力分析的方法为： 将有限元模型划分为m 分块， m≥4； 将每一分块中， 将焊缝影响区、 过渡区及远离热源区的网格尺寸分别细化为0.3mm、 0.5mm及3mm； 在焊缝影响区细化后的网格 中确定生死单元， 激光封焊过程开始时， 将生死单元杀死， 当生死单元的温度首次超过融化温度时， 将该生死单元激活， 直至所有生死单元被激活后， 完成激光封焊； 对m块进行并行仿真， 输出激光封焊过程中的瞬态应力。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115544683 A 3