(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111575067.4 (22)申请日 2021.12.2 2 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113962136 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 广东工业大 学 地址 510000 广东省广州市越秀区东 风东 路729号 (72)发明人 蔡舒鹏　张永康　 (74)专利代理 机构 广州专理知识产权代理事务 所(普通合伙) 44493 代理人 邓易偲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 7/136(2017.01)G06F 119/14(2020.01) 审查员 游群霞 (54)发明名称 一种基于有限元的焊接后工件应力重构方 法及系统 (57)摘要 本公开提供了一种基于有限元的焊接后工 件应力重构方法及系统， 将焊接后工件通过有限 元分析软件检测焊接后工件的全场残余应力得 到应力分布， 并进行灰度化和二值化处理得到数 值图， 对数值图进行图像分割得到多个子图并将 子图的集合作为子图集合， 获取子图集合中各个 子图之间的阈值， 根据各个子图之间的阈值筛选 出超过阈值的子图， 将超 过阈值的子图使用激光 进行强化， 实现了减少计算时间并且获得逼近全 局最优解的子图集 合进行强化的有益效果。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 113962136 B 2022.04.15 CN 113962136 B 1.一种基于有限元的焊接后工件应力重构方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： S100， 将焊接后工件静置并自然冷却至室温， 通过有限元分析软件检测焊接后工件的 全场残余应力得到应力分布图； S200， 对应力分布图进行 灰度化和二 值化处理得到数值图； S300， 对数值图进行图像分割得到多个子图， 将子图的集 合作为子图集 合； S400， 获取子图集 合中各个子图之间的阈值； S500， 根据各个子图之间的阈值筛选出超过阈值的子图， 将超过阈值的子图使用激光 进行强化； 其中， 在S400， 获取子图集合中各个子图之间的阈值的方法为： 分割后得到的子图为不 规则图像， 使用OpenCV工具库中的boundingRect模块获取子图的最小外接正矩形的图像矩 阵， 将各个子图从不规则图像转化为该不规则图像的最小外接正矩形 的图像矩阵， 最小外 接正矩形的图像矩阵中行的数量和列的数量相同， 记子图集合为集合Aset， 记子图集合中 元素的数量 为n， 子图集 合中元素的序号 为i， i∈[1,n]， 子图集 合中序号 为i的元素为A(i)； 函数col()为获取图像矩阵中列的数量的函数， 函数row()为获取图像矩阵中行的数 量的函数， 函数c()为获取图像矩阵中列的序号的函数， 函数r()为 获取图像矩阵中行的序 号的函数， 以函数col()获取A(i)中列的数量为col(A(i))， 以函数c()获取A(i)中列的序 号为c(A(i))， 以函数row()获取A(i)中行的数量为row(A(i))， 以函数r()获取A(i)中行的 序号为r(A(i))， c(A(i))∈[1,  col(A(i))]， r(A(i))∈[1,  row(A(i))]， A(i)中行序号为r (A(i))、 列序号 为c(A(i) )的元素记为A(i)[  r(A(i)), c(A(i))]； 函数len()表示获取数组或集合中的元素数量的函数； 函数avg()表示获取数组或集 合中的元 素的算术平均数的函数； 函数Bol()为计算子图之 间的阈值函数， 计算子图之间的阈值的方法为： 从集合Aset的 序号中选出任意两个不同子图的序号记为a和b， a∈[1,n]， b∈[1,n]， a不等于b， 子图集合 中序号为a的元素为A(a)， 子图集合中序号为b的元素为A(b)， Bol(A(a),  A(b))表示A(a)与 A(b)之间的阈值， 根据计算子图之间的阈值的方法获取子图集 合中各个子图之间的阈值； 其中， 在S400， 获取子图集合中各个子图之间的阈值的方法还包括B ol(A(a),  A(b))的 计算过程如下： S401‑1， 设置变量b1； 设置变量h； 设置变量r(A(a) )； 设置变量r(A(b) )； S401‑2， 以函数col()获取A(a)中列的数量为col(A(a))， 以函数c()获取A(a)中列的 序号为c(A(a))， 以函数row()获取A(a)中行的数量为row(A(a))， 以函数r()获取A(a)中行 的序号为r(A(a) )， c(A(a) )∈[1, col(A(a))]， r(A(a) )∈[1, row(A(a))]; 以函数col()获取A(b)中列的数量为col(A(b))， 以函数c()获取A(b)中列的序号为c (A(b))， 以函数row()获取A(b)中行的数量为row(A(b))， 以函数r()获取A(b)中行的序号 为r(A(b) )， c(A(b) )∈[1, col(A(b))]， r(A(b) )∈[1, row(A(b))]; A(a)中行序号为r(A(a))、 列序号为c(A(a))的元素记为A(a)[  r(A(a)),  c(A(a))]， A (b)中行序号 为r(A(b) )、 列序号 为c(A(b) )的元素记为A(b)[  r(A(b)), c(A(b))]； S401‑3， 判断是否满 足约束条件row(A(a))≤row(A(b))， 若是则将row(A(a))的数值赋 值给b1并将row(A(b))的数值赋值给h， 若否则将row(A(b))的数值赋值给b1并将row(A(a)) 的数值赋值给h；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113962136 B 2S401‑4‑1， 设置空数组Dl ist； 将r(A(a) )的初始值设置为1； S401‑4‑2， 将r(A(a))的数值赋值给r(A(b))； 判断是否满足约束条件r(A(a))≤row(A (a))且r(A(b) )≤row(A(b))， 若是则转到S401 ‑4‑3， 若否则转到S401 ‑4‑7； S401‑4‑3， 获取A(a)中序号为r(A(a))的行中的元素； 获取A(b)中序号为r(A(b))的行 中的元素； 记A(a)中序号为r(A(a))的行中的元素与A(b)中序号为r(A(b))的行中的元素的 信号差为D(r(A(a)),  r(A(b)))， 信号差为两个图像矩阵的行中的元素之间的信号的差距， D(r(A(a) ), r(A(b)))的计算方法为： 其中， log()为以2为底取对数的函数， exp()为以自然数e为底的指数函数， D(r(A (a)), r(A(b)))的计算方法即为信号差的计算方法； S401‑4‑4， 将D(r(A(a)),  r(A(b)))的数值作为元素加入数组Dlist中； 获取数组Dlist 中元素的数量 len(Dlist)； S401‑4‑5， 判断是否满足约束条件len(Dlist)≧row(A(a))， 若是则转到S401 ‑4‑7， 若 否则转到S401 ‑4‑6； S401‑4‑6， 将r(A(a) )的数值增 加1； 转到S401 ‑4‑3； S401‑4‑7， 计算数组Dl ist中各元素的算术平均数为avg(Dl ist)； S401‑4‑8， 输出b1/ h*avg(Dlist)； 输出的b1/h*avg(D list)即为Bol(A(a),  A(b))的计算结果， S 401‑1至S401‑4‑8的过程 即为计算子图之间的阈值的方法。 2.根据权利要求1所述的一种基于有限元的焊接后工件应力 重构方法， 其特征在于， 在 S100中， 将焊接后工件静置并自然冷却至室温， 通过有限元分析软件检测 焊接后工件的全 场残余应力得到应力分布图的方法为： 在焊接后， 将 焊接后工件静置于 常温的空间内， 用温 度传感器检测焊接后工件的温度， 当焊接后工件的温度达到室温时， 通过有限元分析软件 检测焊接后工件的全场残余应力得到应力分布图。 3.根据权利要求1所述的一种基于有限元的焊接后工件应力 重构方法， 其特征在于， 在 S200中， 对应力分布图进行灰度化和二值化处理得到数值图的方法为： 将应力分布图的图 像矩阵中的每个像素点通过灰度化和二值化处理为[0,255]的数值， 由此得到的图像矩阵 作为数值图。 4.根据权利要求1所述的一种基于有限元的焊接后工件应力 重构方法， 其特征在于， 在 S300中， 对 数值图进 行图像分割得到多个子图， 将 子图的集合作为子图集合的方法为： 对 数 值图通过分水岭算法进行图像分割得到多个子图， 将子图的集 合作为子图集 合。 5.根据权利要求1所述的一种基于有限元的焊接后工件应力 重构方法， 其特征在于， 在 S500中， 根据各个子图之间的阈值筛选出超过阈值的子图， 将超过阈值的子图使用激光进 行强化的方法为： 记子图集合为集合Aset， 记子图集合中元素的数量为n， 子图集合中元素的序号为i， i ∈[1,n]， 子图集 合中序号 为i的元素为A(i)； 记子图集合中序号为i`的元素为A(i`)， i`∈[1,n]， i`不等于i， 函数Bol()表示获取两权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113962136 B 3