本發(fā)明屬于電熔焊接參數(shù)優(yōu)化，尤其涉及一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法。
背景技術(shù)：
1、聚乙烯（pe）管道以其質(zhì)量輕，壽命長，耐受熱，廣泛應(yīng)用于輸熱供暖等工程管道領(lǐng)域。電熔焊接方法由于其簡便高效的優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用于工程管道的連接及外層密封。
2、聚乙烯管道電熔焊接原理是在管件兩端的間隙封閉后，界面熔融區(qū)的熔融物在高溫和壓力作用下，其分子鏈段相互擴(kuò)散，當(dāng)界面上互相擴(kuò)散的深度達(dá)到了分子鏈纏結(jié)所必須的尺寸,自然冷卻后界面就可以得到必要的焊接強(qiáng)度,形成管道可靠的焊接連接。結(jié)合電熔焊接的原理及產(chǎn)生焊接缺陷的原因分析可知，熔融層及管壁表面溫度變化對(duì)焊接質(zhì)量起決定性作用，因此亟待需要一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于：為了解決上述的問題，而提出的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：包括步驟：
3、s1、收集熱熔接口過程圖像數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除補(bǔ)口接口以外部分保留目標(biāo)區(qū)域，標(biāo)注后構(gòu)建熱熔接口數(shù)據(jù)集；
4、s2、對(duì)熱熔接口數(shù)據(jù)集圖形分割：在?unet?網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，引入門控注意力機(jī)制ag，設(shè)計(jì)了?lldr?模塊和?lldm?模塊，lldr?模塊動(dòng)態(tài)調(diào)整卷積核形狀，?lldm?模塊增強(qiáng)了模型對(duì)多尺度特征的感知能力；
5、s3、建立pe電熔焊接模型；
6、s4、進(jìn)行有限元仿真；
7、s5、進(jìn)行聚乙烯傳熱仿真。
8、進(jìn)一步的s2中，門控注意力機(jī)制在跳躍連接中應(yīng)用注意力機(jī)制，根據(jù)輸入特征圖的內(nèi)容生成權(quán)重圖用于調(diào)節(jié)特征圖；
9、通過lldr模塊逐步提取圖像特征，使用門控注意力機(jī)制避免背景區(qū)域的干擾，使用lldm模塊改善模型對(duì)輸入數(shù)據(jù)中不同尺度特征的注意力和處理能力；在編碼器的每一次最大池化使得圖像的分辨率縮小為原始的1/2，經(jīng)過4次下采樣，圖像尺寸被縮小為輸入的1/16；經(jīng)過lldr模塊的處理后，特征的人通道數(shù)依次變化為64，128，256，512；解碼器通過雙線性插值法逐步將特征圖恢復(fù)到原始尺寸；解碼器階段的通道數(shù)變化為1024，512，256，128，64最終通過卷積操作得到一個(gè)通道數(shù)為1的二值圖。
10、進(jìn)一步的s3中，建立pe電熔焊接模型，由于加熱源沿著軸向分布，焊接過程中加熱區(qū)域與熱源的軸向長度相比很小因而將模型轉(zhuǎn)化為一維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題。
11、進(jìn)一步的s4中，進(jìn)行基于視覺、物理、熱學(xué)特征的補(bǔ)口接口部分有限元仿真；直通型pe電熔管件包括兩部分：pe材料的套筒及電阻絲網(wǎng)，電阻絲網(wǎng)在加熱過程通過pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，電阻絲網(wǎng)的傳熱情況及pe的受熱情況通過視覺信息反映；同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，同步記錄熱熔機(jī)pe開始發(fā)熱時(shí)間節(jié)點(diǎn)，電阻絲網(wǎng)與pe開始熔化時(shí)間節(jié)點(diǎn)及最終完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；
12、最后進(jìn)行mash劃分：導(dǎo)入s2生成二值圖建立補(bǔ)口接口部件模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分；采用多域掃掠型網(wǎng)格劃分，對(duì)電阻絲網(wǎng)采用加密方式，設(shè)置環(huán)境溫度15℃，管件外壁及管子內(nèi)壁采用自然散熱，其中管件外壁流散熱系數(shù)設(shè)置為6w/(m2·℃)、管件外壁流散熱系數(shù)設(shè)置為4w/(m2·℃)。
13、進(jìn)一步的s5中，進(jìn)行聚乙烯傳熱仿真，測(cè)試出加熱層電阻絲網(wǎng)產(chǎn)生的熱源；電熔管件和管子在加熱過程中沿徑向溫度逐漸升高，沿軸向無顯著變化，由于管子內(nèi)壁相較于管件外壁空氣流通慢，故焊接區(qū)域徑向管子內(nèi)壁溫度高于管件外壁。
14、進(jìn)一步的對(duì)于dn1420聚乙烯管實(shí)驗(yàn)合格參數(shù)：采用14.5a電流，90v電壓，焊接時(shí)間650s；加壓0.02mpa穩(wěn)定保持2min，拉伸兩側(cè)合格。
15、本發(fā)明的有益效果是：
16、本發(fā)明中，該方法設(shè)置有限元的pe電熔接頭三維模型，使該方法能較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊接溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)變化，得到焊接工藝參數(shù)變化對(duì)焊接溫度場(chǎng)的影響規(guī)律，繼而利用該規(guī)律進(jìn)行焊接工藝參數(shù)優(yōu)化，最終能夠得到電熔焊機(jī)自動(dòng)設(shè)置焊接工藝參數(shù)，整體方法的精準(zhǔn)度極高，同時(shí)方法內(nèi)針對(duì)大尺寸電熔管件（dn≥1020），初始設(shè)置14.5a電流，可以保證焊接界面快速達(dá)到熔點(diǎn)，后根據(jù)調(diào)壓模塊進(jìn)行調(diào)壓使溫度平衡到聚乙烯穩(wěn)定的熔點(diǎn)，提高方法的實(shí)際應(yīng)用效果。
1.一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于，所述s2中，門控注意力機(jī)制在跳躍連接中應(yīng)用注意力機(jī)制，根據(jù)輸入特征圖的內(nèi)容生成權(quán)重圖用于調(diào)節(jié)特征圖；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于，所述s3中，建立pe電熔焊接模型，將模型轉(zhuǎn)化為一維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于，所述s4中，進(jìn)行基于視覺、物理、熱學(xué)特征的補(bǔ)口接口部分有限元仿真；直通型pe電熔管件包括兩部分：pe材料的套筒及電阻絲網(wǎng)，電阻絲網(wǎng)在加熱過程通過pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，電阻絲網(wǎng)的傳熱情況及pe的受熱情況通過視覺信息反映；同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，同步記錄熱熔機(jī)pe開始發(fā)熱時(shí)間節(jié)點(diǎn)，電阻絲網(wǎng)與pe開始熔化時(shí)間節(jié)點(diǎn)及最終完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；最后進(jìn)行mash劃分：導(dǎo)入s2生成二值圖建立補(bǔ)口接口部件模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分；采用多域掃掠型網(wǎng)格劃分，對(duì)電阻絲網(wǎng)采用加密方式，設(shè)置環(huán)境溫度15℃，管件外壁及管子內(nèi)壁采用自然散熱，其中管件外壁流散熱系數(shù)設(shè)置為6w/(m2·℃)、管件外壁流散熱系數(shù)設(shè)置為4w/(m2·℃)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于，所述s5中，進(jìn)行聚乙烯傳熱仿真，測(cè)試出加熱層電阻絲網(wǎng)產(chǎn)生的熱源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元仿真的聚乙烯電熔焊接參數(shù)優(yōu)化分析方法，其特征在于，對(duì)于dn1420聚乙烯管實(shí)驗(yàn)合格參數(shù)：采用14.5a電流，90v電壓，焊接時(shí)間650s；加壓0.02mpa穩(wěn)定保持2min，拉伸兩側(cè)合格。