焊接过程的有限元模拟
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。
然而，在焊接过程中，产生的焊接变形和残余应力往往会对工件的性能和质量造成一定影响。
因此，在焊接技术培训中，对焊接变形和残余应力进行数值模拟分析具有重要意义。
本文将探讨焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，并分析其应用前景。
一、焊接变形数值模拟焊接变形是指在焊接过程中，由于热引起的热应力和相变引起的力学应力而引起的构件变形现象。
为了准确预测焊接变形的情况，可以采用有限元数值模拟方法。
有限元数值模拟方法是一种将实际工程问题离散化为有限个简化的小单元进行计算的方法。
在焊接变形数值模拟中，首先需要建立焊接过程的热力耦合模型。
通过考虑焊接热源的热输入、热传导以及材料的相变特性等因素，可以准确地模拟焊接过程中的温度场变化。
然后，根据热力耦合模型，引入材料的本构关系和相变模型，可以计算得到焊接过程中的变形情况。
在数值模拟中，可以通过调整热源功率、焊缝几何形状以及材料的初始状态等参数，来对焊接变形进行优化。
此外，在数值模拟中还可以分析焊接变形对工件性能的影响，以指导焊接技术的改进和优化。
二、残余应力数值模拟焊接过程中产生的残余应力是指焊接完成后，由于焊缝区域的热胀冷缩差异而引起的应力。
残余应力的存在会降低工件的疲劳寿命和强度，甚至引发裂纹等问题。
因此，对焊接过程中的残余应力进行数值模拟分析是十分重要的。
在焊接残余应力数值模拟中，一般采用后处理方法来分析残余应力的分布和变化。
通过将焊接过程中的温度场和应力场输入到数值模拟软件中，可以得到焊接残余应力的分布情况。
同时，可以通过调整焊接参数和材料性质等因素，来研究焊接残余应力的变化规律。
在实际工程应用中，焊接残余应力数值模拟可以用于评估焊接工艺的可行性，为焊接工艺参数的选择提供依据。
此外，还可以通过优化焊接过程来减小残余应力的产生，提高工件的使用寿命和安全性。
三、数值模拟应用前景焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，在实际应用中具有广阔的前景。
焊接过程中的数值模拟与仿真技术
单击添加标题
跨学科合作与创新：焊接过 程的数值模拟与仿真技术需 要与多个学科领域进行合作 和创新。未来发展需要加强 跨学科合作，推动焊接技术
的进步和应用。
结论与展望
结论
焊接过程中的数值模拟与仿真技术对于提高焊接质量和效率具有重要意义
通过数值模拟与仿真技术可以预测和优化焊接过程，降低成本和减少废品 率 未来随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，数值模拟与仿真技术将 更加精确和高效
仿真结果分析：通过仿真计算，可以得 到焊接过程中的温度场、应力场等关键 参数，为优化焊接工艺和提高焊接质量
提供依据。
数值模拟与仿真技 术在焊接中的挑战
与未来发展
数值模拟与仿真技术在焊接中的挑战
焊接过程的复杂性：焊接过程中涉及的材料、温度、应力等多种因素，使得数值模拟与仿 真技术面临诸多挑战。
建模与计算的准确性：焊接过程的数值模拟与仿真需要精确的模型和计算方法，以确保结 果的准确性和可靠性。
性、焊接工艺参数等。
应 用 实 例 展 示 ： 展 示 基 于 C OMS O L 的 焊 接过程仿真的实际应用案例，包括焊接
缺陷预测、焊接工艺优化等。
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C OMS O L 软 件 介 绍 ： C OMS O L 是 一 个 强大的多物理场仿真软件，支持电场、 力学、流体等多种物理场的耦合计算。
焊接过程中数值模 拟的原理与方法
焊接过程的物理模型
焊接过程的物理模型概述 焊接过程的物理模型建立 焊接过程的物理模型求解方法 焊接过程的物理模型应用案例
数值模拟的基本原理
有限元法的基本原理
有限差分法的基本原理
边界元法的基本原理
数值模拟的精度与稳定性 分析
基于ANSYS的焊接过程有限元模拟
ＡＮＳＹＳ软件有两种计算热力耦合的方法：直 接耦合和间接耦合。在此采用间接法模拟焊接过程 的热一力耦合。即只考虑温度场对应力场的作用，而 忽略应力场对温度场的作用。首先进行热分析，热分 析结束后，重新进入前处理，将热单元转换为相应 的结构单元，此时热单元Ｓｏｌｉｄ７０转换为结构单元 Ｓｏｌｉｄ４５。然后设置结构分析中的材料属性，将弹性模 量、泊松比、热膨胀系数、密度和屈服极限的值输入翻。
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（ｌｏ６Ｊ）
式中ｑ＝，７ＩＵ（叼为电弧热效率，，为焊接电流，Ｕ为 焊接电压）；秽是焊接电弧移动速度；戈、Ｙ分别是该点 与以焊接起始点为坐标原点的Ｘ、ｙ向距离；ｔ是焊 接电弧移动时间。利用ＡＮＹＳ参数化程序语言ＡＰＤＬ 比较容易实现移动热源的加载求解。
采用ＡＮＹＳ的ＡＰＤＬ加载求解移动的焊接电 弧时，先定义三维表格数组参数用来存储不同时刻 和不同位置热流密度值。加载求解之前，先根据式５ 将不同时刻和不同位置的热流密度值存储在表格 参数中。热源的移动以步进方式处理，在求解计算过 程中，当电弧热源从一个时间步移动到下一个时间 步时，求解器将自动从该表格参数读取下一载荷步
第３７卷第７期 ２００ｒ７年７月
重晖娥
钎焊有限元模拟
钎焊有限元模拟引言钎焊是一种常见的焊接方法，通过使用钎焊剂和加热来连接金属件。
在实际应用中，钎焊接头的质量和强度是非常关键的，因此需要进行有限元模拟来评估和优化钎焊接头的性能。
本文将对钎焊有限元模拟的原理、方法以及应用进行探讨。
有限元方法概述有限元方法是一种常用的数值计算方法，通过将复杂结构分割为有限数量的离散单元，再在每个单元内进行力学计算来得到整个结构的应力、应变分布。
有限元方法在工程领域得到了广泛应用，可以用来分析和优化各种结构的性能。
钎焊有限元模拟的步骤钎焊有限元模拟的基本步骤如下：1. 几何建模钎焊模型的几何建模是模拟的第一步，需要将焊接部位的几何形状、尺寸等信息输入到有限元软件中，通常使用CAD软件进行建模。
2. 网格划分在有限元分析中，结构被划分为许多小单元，称为网格。
网格划分要根据焊接件的实际情况进行，通常包括焊接部位和周围区域。
3. 材料属性定义钎焊有限元模拟需要定义材料的力学性质，如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
这些参数是有限元计算的基础。
4. 边界条件设定为了使模拟结果更加准确，需要设置适当的边界条件。
边界条件包括约束和载荷条件，用来模拟真实工况下的应力和变形情况。
5. 温度场模拟钎焊过程中，材料会发生温度变化。
在有限元模拟中，需要考虑温度场的影响，通常采用热-结构耦合分析方法。
6. 钎焊接头模拟钎焊接头模拟是整个有限元模拟的核心步骤，需要考虑焊缝的形状、尺寸以及焊接过程中的热力耦合效应。
通过有限元计算，可以得到焊接接头的应力、应变以及温度分布。
7. 结果分析和优化钎焊有限元模拟的最后一步是对模拟结果进行分析和优化。
可以通过分析得到的应力和变形分布，评估焊接接头的结构强度和稳定性，并根据需要对焊接工艺进行优化。
钎焊有限元模拟的应用钎焊有限元模拟在实际工程中有广泛应用，主要包括以下几个方面：1. 接头设计通过钎焊有限元模拟，可以评估不同设计方案的接头性能，从而选择最佳设计方案。
RTP管电熔接头焊接过程的热力耦合有限元模拟
里!!塑墨!!!!翌竺!竺坠兰丝』坠∑些垡些————————————————————些垒墅堕三：』L 文章编号：1002—025X(2013)11-001l—03R TP管电熔接头焊接过程的热力耦合有限元模拟周祥基(射阳县沿海中等专业学校，江苏射阳224300)摘要：R T P管产品主要用在防腐以及高压等场合。
在进行焊接时，加热温度时焊接效果有最直接的影响。
通过对R T P管电J：g-t t-&进行合理假设．在A N SY S系统中建立了40G150P／A x2型R r r P管电熔接头瞬态温度场有限元分析模型，利用A N SY S提供的热一结构耦舍分析程序．通过问接热力耦舍方法对40G150P／A x2型R T P管电熔接头焊接瞬态温度场以及热应力进行有限元模拟，旨在为产品的试验和使用提供参考。
关键词：有限元；热电耦合；温度场；应力场中图分类号：T G457．6文献标志码：BO引言所谓R11P管，就是增强热塑料管，其相关产品大部分运用在防腐及高压场合，现场安装非常便捷，例如在浅海石油工业领域作为高压跨接管来实现输油、输气以及注水等工作，该产品在国内尚属首创。
在进行R T P管道铺设时，影响管道质量和结构完整性的关键因素是管道连接技术，焊接技术是目前发展较为成熟的技术。
在进行焊接时，加热温度对焊接效果有决定性的作用。
因此，必须对R TP管的电熔接头焊接温度场进行建模分析，预测焊接过程中R T P管道各点温度随加热时间的变化．同时对热应力进行分析。
以确定最适宜的加热时间．优化焊接工艺，为产品的试验和使用提供了重要参考。
目前，对材料变形过程、传热过程以及产品质量进行预测的一种有效的分析工具就是有限元模拟仿真技术。
A N SY S软件是国际流行的大型通用有限元分析软件，其热分析程序具有较强的热分析能力，具有模拟热与结构应力之间的热一结构耦合分析能力。
本文在对40G150P／A×2型R T P管电熔接头进行合理简化的基础上，建立了40G150P／A x2型R T P管电熔接头的三维有限元模型，利用A N SY S9．0软件．收稿日期：2013—04—28采用间接法对其进行热力耦合分析．得到40G150P／A x2型R T P管电熔接头焊接瞬态温度场和热应力的有限元模拟结果。
焊接变形的数值模拟及优化
焊接变形的数值模拟及优化一、引言焊接是工程中常用的连接方式，但焊接过程中容易产生焊接变形。
焊接变形会影响构件的几何形状和尺寸精度，影响构件的力学性能和使用寿命，甚至会导致构件的失效。
因此，焊接变形的研究和控制对于保证构件的质量和可靠性至关重要。
二、焊接变形的成因焊接变形是由于热量作用引起的，主要有以下几个因素：1. 热应力：焊接时产生的热应力是导致焊接变形的主要因素。
焊接过程中，被加热区域与周围冷却区域温度差异大，会产生热应力，导致构件产生变形。
2. 材料的吸收和释放热量不均：焊接材料吸收和释放热量不均，也会导致构件产生变形。
3. 组合焊接：组合焊接中，不同材料的热膨胀系数不同，会导致构件产生变形。
4. 焊接接头的约束：未进行约束的焊接件，由于热应力作用，会产生变形。
三、焊接变形的数值模拟方法模拟法是预测焊接变形的主要方法。
常用的数值模拟方法有：1. 有限元模拟法：有限元模拟法是目前应用最广泛的一种方法。
它将焊接过程分成多个时间步骤，通过求解膨胀系数、界面温度、应力和变形加以模拟。
有限元模拟法的优点是可以精确计算各个变形量，可以对构件进行优化 design，但是计算复杂度较高，需要耗费大量时间和计算资源。
2. 数值解法：数值解法将焊接过程离散成若干网格，利用求解热传导方程和力学方程来计算温度场、应力和变形。
数值解法计算速度较快，计算过程较为简单，但是精度可能不如有限元模拟法。
3. 改进边界元法：改进边界元法是一种适用于模拟大型结构的方法。
它通过界面条件和位移边界条件来计算温度场、应力和变形。
改进边界元法计算速度快，而且计算精度较高，但是限于模型的准确性，只适用于特定结构的模拟。
四、焊接变形的优化方法为了降低焊接变形，常用的优化方法有：1. 焊接参数的合理选择：选取合适的焊接参数（如焊接速度、电弧电流、电压等）可以保证焊缝的质量，减小变形量。
2. 焊接布局的合理设计：合理布局焊缝可以减小变形量。
例如，直角焊缝变形量较小，可以作为焊接连接点；而纵向焊缝容易产生变形，尽量避免使用。
有限元焊缝建模标准
有限元焊缝建模标准
有限元焊缝建模的标准可以参考以下几个方面：
1. 材料模型：选择合适的材料模型，以准确描述焊缝材料的力学行为。
常用的材料模型有线弹性模型、弹塑性模型、本构模型等。
2. 几何模型：准确描述焊缝的几何形状，包括焊缝尺寸、形状和连接方式等。
可以使用CAD软件进行建模，将焊缝转化为有限元网格。
3. 网格划分：将焊缝几何模型划分为有限元网格，通常采用三角形或四边形网格划分方法。
网格划分应保证焊缝区域与周围结构接触良好，并保证网格质量。
4. 约束条件：根据实际情况设置适当的边界条件和约束条件，如定位约束、应力约束、位移约束等，以模拟焊接过程中可能存在的约束与限制。
5. 热源模型：根据实际热源的特点，选择适当的热源模型。
焊缝建模可以采用高斯热源模型、点热源模型等，以描述热输入的分布和变化。
6. 结果处理：根据实际需求，选择适当的结果处理方法，如应力、位移、温度等的分析和后处理。
可以使用专业有限元分析软件进行结果处理和分析。
需要注意的是，焊缝建模是一个复杂的过程，需要结合具体焊缝结构和分析目的进行模型选择和参数设定。
同时，建模过程中还应充分考虑焊缝材料的非线性行为、热效应等因素，以提高模拟结果的准确性和可靠性。
焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分析
焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分析焊接是金属结构连接中常用的一种方法，但焊接过程中产生的热量和应力往往会导致焊缝的变形，从而影响焊接质量。
因此，在焊接过程中进行焊接变形的数值模拟分析是非常重要的。
本文将使用数值模拟方法对焊接质量控制中焊缝焊接变形进行分析。
一、数值模拟方法的选择数值模拟方法是通过计算机对焊接过程进行仿真，可以提供焊接过程中的温度场分布和应力场分布，进而预测焊缝的变形情况。
在本文中，我们选择有限元方法进行数值模拟。
有限元方法是一种广泛应用的数值计算方法，通过将焊接过程划分为离散的有限元素，对每个元素进行计算得到温度场和应力场的分布。
二、建立焊接模型在进行数值模拟之前，需要建立一个逼真的焊接模型。
首先，根据具体的焊接工艺和焊接材料选择适当的焊接参数和材料参数。
其次，根据焊接结构的几何形状和尺寸，建立三维几何模型。
最后，根据焊接方式和边界条件，定义模型的边界和约束条件。
三、计算焊接过程中的温度场分布通过有限元分析软件，我们可以计算出焊接过程中的温度场分布。
在数值模拟中，可以根据焊接材料的热传导性质和焊接参数来计算瞬态温度场。
瞬态温度场计算完成后，可以得到焊接过程中的最高温度和温度分布情况。
四、计算焊接过程中的应力场分布在焊接过程中，热量的集中和膨胀冷却会导致焊接结构产生应力。
通过计算焊接过程中的瞬态应力场分布，可以得到焊接结构在焊接过程中的最大应力和应力分布情况。
在数值模拟中，可以考虑焊接结构的塑性行为和材料的非线性特性，从而得到准确的应力场分布。
五、预测焊缝的变形情况根据焊接过程中的温度场和应力场分布，可以预测焊缝的变形情况。
焊缝的变形通常表现为拉伸、收缩、扭曲等形式。
通过数值模拟，可以计算出焊缝的变形量和变形分布情况。
根据变形情况，可以判断焊接质量是否符合要求，并根据需要进行调整和改进。
六、优化焊接参数和结构设计通过数值模拟分析，我们可以得到焊接过程中的温度场、应力场和焊缝变形情况。
焊接过程模拟与焊接变形 焊接Ansys应力 元分析
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
液压挖掘机动臂体的焊接有限元模拟
果 不 考虑 材料 的物 理性 能 随温度 的变化 ，那 么计 算结 果 将 与实 际情 况 会 有 很 大 的偏 差 。本 例 利 用 Ａ Ｓ Ｓ ＮＹ 的 ｍｐｅ ｔ ｍｐ和 ｍｐ ａａ命 令 建 立 材 料 在 几 个 有 代 表 性 ｄｔ 的 温度 下 的物 理 参 数 ，剩 余 温 度下 的值 由 Ａ Ｓ Ｓ按 ＮＹ 线 性 插值求 解 可 以得 到 。
当大 的焊 接 残 余 应 力 与 变 形 。 这 些 残 余 应 力 与 变 形 不 仅 影 响工 程 机 械 的 使 用性 能 ，而 且 还 会 影 响 其 结 构 的 加工 精 度 。运 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 分 析 软 件对 焊 接 ＮＹ
过 程 模 拟 ，已成 为 一 种 非 常有 效 的 方 法 。本 文 以液 压 挖 掘 机 的动 臂 体 为模 型 ．采 用 有 限元 软 件 Ａ Ｓ Ｓ ＮＹ
率 ； ，， 别 为 电弧 电压 、焊 接 电流 ；Ｒ为 电弧 有 分 效 加 热半 径 。对 于 焊 缝 处 的金 属 填 充 可 利 用 Ａ Ｓ Ｓ ＮＹ 的生死 单元技 术 ．在焊 接开 始之前 先将 焊缝 处 的单元
“ 死” 杀 ，通 过设 置 适 当 的 时 间步 长 ，利 用 ★Ｄ Ｏ一★ Ｅ Ｄ 的命 令 逐渐 “ 活 ”焊缝 单元 并将 载 荷施 加到 Ｎ Ｏ 激
收 稿 日期 ：２ １ － ５ ３ ０ １０—０
ｇ） ｅ（ ， （ ｘ一 ｒ ＝ ｐ署）
（ １ ）
８ ・ 验 与研 ４ 卷 第 ２期 ２ １ １ ０ ２年 ２月
式 中 ：ｇ ｒ （）为 距加 热 中心 ｒ 的热 流 ； 为 电弧热 效 处
焊接过程的有限元模拟
分 。基于 T型接头的埋弧焊工艺 ,采用高斯分布的 热源函数作为表面热源 ,焊件熔池部分采用双椭球 形热源分布函数作为内热源 。
高斯函数分布的热源 [ 3 ]
q ( r) = qm exp
-
3
r2 R2
(1)
式中 : qm为加热斑点中心最大热流密度 ; R 为电 弧有效加热半径 ; r为离电弧加热斑点中心的距离 。
理论研究
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
67
2. 2 应力场模拟结果分析 焊接过程的动态温度场计算结束后 ,进入 AN2
SYS的前处理器 ,将热单元转换为相应的结构单元 ,
设定计算热应力所需参数值后 ,热应力分析模块将 自动完成整个焊接过程的动态热应力分布的计算 。
南昌航空大学学报
Journal of Nanchang Hangkong University 自然科学版 …………Natural Science
q ( r)
6 =π3
3f1 Q /2 abcf
ex
p
-3
x2
y2
z2 2
a2 + b2 + c2f
(2)
在后半部分椭球内热源分布为
q ( r)
6 =π3
理论研究
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
65
热 ,将辐射换热的影响考虑到对流换热中 ; (4)忽略熔池内部的化学反应和搅拌 、对流等
现象 [ 7 ] 。 1. 4 焊接热源的处理与施加
由于加热电弧是移动的 ,对于移动的实现 ,利用 ANSYS的 APDL语言编写子程序 ,采用离散的思想 , 进行多步循环来实现具体思路如下 :沿焊接方向将焊 缝长度 L等分为 N 段 ,将各段的后点作为热源中心 , 在以电弧中心为圆心 ,半径小于电弧有效加热半径的 区域内加载热源 ,每段加载后进行计算 ,计算时间为 L /V ,每一段的计算为一载荷步 。当进行下一段加载 (即下一载荷步计算 )时 ,需消除上一段所加的热流密 度 ,而且上一次加载所计算得到的各点温度值作为下 一段加载的初始条件 。如此依次在各点加载即可模 拟热源的移动 ,实现移动焊接瞬态温度场的计算 。 2 T型接头焊接的数值模拟结果及分析
S355钢焊接温度场和应力场有限元分析
S355 钢焊接温度场和应力场有限元分析摘要：本文基于有限元分析方法，研究了S355 钢在焊接过程中的温度场和应力场变化情况。
使用ANSYS 18.1 软件进行模拟分析，建立了相应的三维模型。
研究发现，在S355 钢焊接过程中，温度场和应力场变化非常显著，焊接过程中和焊缝周围区域的最高温度甚至可以达到1200 度以上。
同时，焊接过程中还会产生很大的残余应力，会对焊接结构的稳定性造成影响。
因此，在焊接工艺的选择和焊接结构的设计中，需要特别注意温度场和应力场的变化，并采取相应的措施来避免潜在的安全问题。
Abstract:Based on the finite element analysis method, this paper studies the temperature field and stress field changes of S355 steel during welding. Using ANSYS 18.1 software for simulation analysis, corresponding 3D models are established. Research shows that, during the process of welding S355 steel, the changes in temperature field and stress fieldare very significant. The highest temperature around the welding process and the welding seam can even reach more than 1200 degrees. At the same time, there will be a large residual stress during the welding process, which will affect the stability of the welding structure. Therefore, in the selection of welding process and the design of welding structure, special attention should be paid to the changes of temperature field and stress field, and corresponding measures should be taken to avoid potential safety issues.关键词：S355 钢；焊接；温度场；应力场；有限元分析Keywords: S355 steel; welding; temperature field; stress field; finite element analysis一、研究背景钢材作为重要的结构材料，在现代工业生产和建筑领域广泛应用。
211226072_交叉角焊缝的有限元模拟分析
交叉角焊缝的有限元模拟分析谭创(长江大学 湖北荆州 434023)摘要：采用HyperMesh对模型进行网格划分，利用生死单元法实现了对实际焊接过程的数值模拟，对不同方向焊缝的半封闭式箱型结构的进行了焊接温度和残余应力的数值模拟。
模拟结果表明，焊接过程中峰值温度区间位于2 050~2 150℃之间；每道焊缝焊接完成后残余应力都会发生变化，第一道焊缝焊接完成后，残余应力最大为316.7 MPa；第二道焊缝焊接完成后，残余应力最大为281.7 MPa；第三道焊缝焊接完成并经过装夹释放后，云图中残余应力基本呈对称分布，且残余应力最大值为367 MPa，位于三条焊缝交叉处。
关键词：数值模拟 焊接 残余应力 箱型结构中图分类号：TG404;TG156文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)08-0068-04 Finite Element Simulation Analysis of Cross Fillet WeldsTAN Chuang(Yangtze University, Jingzhou, Hubei Province, 434023 China)Abstract:HyperMesh was used to mesh the model, the life and death element method was used to realize the nu‐merical simulation of the actual welding process, and the numerical simulation of the welding temperature and re‐sidual stress was carried out for the semi-closed box structure of welds in different directions. The simulation results showed that the peak temperature range in the welding process was 2 050~2 150 ℃, and the residual stress changed after each weld was welded. The maximum residual stress was 316.7 MPa after the first weld was welded, the maximum residual stress was 281.7 MPa after the second weld was welded, and that after the third weld was welded and clamped and released, the residual stress in the cloud diagram was basically symmetrically distributed, and the maximum residual stress was 367 MPa, which was located at the intersection of three welds.Key Words: Numerical simulation; Weld; Residual stress; Box structure箱型焊接结构广泛应用于各种工程结构领域。
焊接过程的有限元模拟
ＳＳ Ｙ 软件是 以有 限元分析为基础 的大型通用 Ｃ Ｅ Ａ 软件 ， 其强大的热结构耦合及瞬态、 非线性分析能力
ｌ 有 限元 模 型 的建 立
以 昌冶金建设有限公司吊车梁的制作工艺为依 南
使其在焊接模拟技术中具有广阔的应用前景 。本 托 ， 吊车梁角焊缝 的焊接 过程进行 数值模拟 ， 采 ］ 对 本文 文利用 Ａ Ｓ Ｓ软件的参数化程序语 言 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ编制 用 Ｔ型接头的模型如图 ｌ 所示。其中腹板尺寸 ６ｍ ０ｍ
［ 中图分类号 ］Ｔ ４ Ｇ０
［ 文献标识码 】Ａ
［ 文章编号 】１０ － ９６ ２０ ）２ ０６ － ５ ０ １ ４２ （０８０ － ０ ３ ０
Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏ ｆｗｅ ｄ ｎ ｒ ｃ ｓ ｅ ｙ ｆｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓ ｂ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｉ
ＸＯ Ｉ ＮＧ ｈ ｎ—ｙ ＯＮＧ ｉ Ｚｅ ｕ ，Ｄ Ｊｅ ，ＸＩ Ｅ Ｙｕ—ｔ ｎ ，ＪＡＮＧ Ｈａ —ｘａ ｉ Ｉ ａ ｉ ｉ
（ ．Ｎ ｎｈ ｎ ａｇｏ ｇＵ ｉ ｒｔ， ａ ｃａｇ， ｉｎｘ ３ ０ ６ ，Ｃ ｉａ ； １ ａｃａ ｇＨ ｎ ｋｎ ｎ ｅ ｉ Ｎ ｎｈ ｎ Ｊ ｇ ｉ ３０ ３ ｈｎ ｖ ｓｙ ａ
ｔ ｐ ｒ ｕｅｆ ｌ ｄｓ ｅｓ ｅ ｒ ｅ ｉ ｒｃｓ ａ ｂｅ ａ ｚｄｂ ｓ ｇＡ Ｓ Ｓｐｒｍｅ ｉ ｄｓ ｎｌ ｇａｅ（ Ｐ Ｌ ．Ｔ ｅ ｅ ｅ ｅａ ｒ ｅｄａ ｔ ｓ ｌ ｆ ｌ ｎ ｐｏｅｓ ｓ ｅｎｒｌ ｅ ｙ ｉ Ｎ Ｙ ａ ｔｃ ｅｉ ｕｇ Ａ Ｄ ） ｈ － ｍ ｔ ｉ ｎ ｒ ｆ ｄ ｏｗ ｄ ｇ ｉ ｈ ｅｉ ｕｎ ａ ｒ ｇ ａ ｎ ｒ
焊接有限元仿真流程
焊接有限元仿真流程英文回答：Welding finite element simulation is a process that involves using numerical methods to analyze and predict the behavior of welded structures. It is a valuable tool in the field of welding engineering as it allows engineers to assess the performance and integrity of welded joints before they are actually fabricated.The first step in the welding finite element simulation process is to create a 3D model of the welded structure. This can be done using CAD software, where the geometry and dimensions of the structure are defined. The model should accurately represent the real-world geometry and material properties of the welded joints.Once the 3D model is created, the next step is to define the boundary conditions and loading conditions. This includes specifying the type of welding process, thewelding parameters (such as heat input and travel speed), and the material properties of the base metal and filler metal. These parameters are crucial in accuratelysimulating the welding process and predicting the resulting stresses and deformations.After the boundary and loading conditions are defined, the welding finite element simulation software uses numerical algorithms to solve the governing equations of heat transfer, fluid flow, and structural mechanics. These equations take into account the thermal effects, material properties, and mechanical behavior of the welded structure.The simulation software then calculates the temperature distribution, stress distribution, and deformation of the welded structure during the welding process. Thisinformation can be used to assess the quality of the weld, identify potential defects or failure points, and optimize the welding parameters to improve the performance of the welded joints.In addition to predicting the behavior of the weldedstructure during the welding process, welding finite element simulation can also be used to simulate post-weld heat treatment processes, such as annealing or stress relieving. This allows engineers to evaluate the effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of the welded joints.Overall, welding finite element simulation is a powerful tool that helps engineers optimize the welding process, improve the quality of welded joints, and reduce the risk of failure. It allows for virtual testing and analysis, saving time and resources compared to physical testing.中文回答：焊接有限元仿真流程是一种利用数值方法来分析和预测焊接结构行为的过程。
ZG1Cr10Mo1NiWVNbN与碳钢焊接成型过程 有限元分析
ZG1Cr10Mo1NiWVNbN与碳钢焊接成型过程有限元分析摘要：ZG1Cr10Mo1NiWVNbN钢板和20G钢管焊接容易发生变形，焊接后的角度尺寸与设计值发生偏差。
找到管板焊接变形机理，可以优化焊接工艺，有效的减小焊接变形对产品尺寸的影响，并为设计部门优化结构的提供参考。
本文通过焊接数值模拟和实验，对目标钢板和钢管焊接采用两种不同的焊接顺序进行了模拟和实测。
结果显示，焊接变形主要由两部分构成：一是焊缝横向收缩变形；二是焊缝纵向收缩变形。
两种焊接顺序下焊接变形稍有差异。
关键词：ZG1Cr10Mo1NiWVNbN钢板；20G钢管；焊接顺序；焊接变形；数值模拟实验汽轮机部分位置通常采用ZG1Cr10Mo1NiWVNbN钢板和20G钢管进行管板焊接[1]。
对这种焊接方式容易产生的直径变形、半径变形、节圆收缩率和倾斜变形进行了全面分析，得到了一种减小了装焊过程中产生的焊接变形的方法[2]。
以上研究都是针对P025项目中对焊接变形的影响的分析方法，利用焊接数值模拟，可以精确布置每个焊接口的位置、所有焊道采用完全相同的参数，排除了除焊接顺序以外所有的干扰因素。
同时，在数值模型上可以方便准确的读取模拟结果[3]。
1 实验方法网格模型文件如图1所示, 由板子和圆管组成。
具体尺寸如图1，其中D网格单元139,164个，单元节点160,943个。
图1 网络模型图及具体尺寸由此设立了两个计算方案，方案1的焊接顺序与对接顺时针方向大致相同，以下简称顺向。
方案2顺序与对接逆时针相同，以下简称逆向。
焊接时内外侧同时按照箭头方向对称施焊，焊接参数见表1，线能量为2668J/mm左右。
拘束状态为自由状态。
表1 模拟参数2 结果及分析2.1 时间节点有限元分析两种方案的温度场组织场计算结果类似，选取方案1/2的温度场结果作为阐述即可。
图2是t= 113s，第二道焊缝焊接过程中的温度场分布云图。
此时热输入为线能量2820J/mm,稍大于实际焊接线能量2668 J/mm,熔宽7.98mm，熔深5.27mm，熔池长度12.95mm，最高温度约700℃，方案2则为900℃的峰值。
厚钢板对接焊接三维有限元数值模拟与分析
厚钢板对接焊接三维有限元数值模拟与分析郭彦林;陈航;袁星【摘要】Finite element numerical simulation was adopted to erect 3-D finite element model , considering heat-solid couplingeffect .Meanwhile ,live-dead element technology was applied to simulate the whole welding process .The effectiveness of the model was verified in the aspects of residual deformation and residual stress .The influences of plate boundary constraint ,welding layer and pass ,plate thickness ,welding sequence and construction process on the behavior of steel plates on calculation results were analyzed . The possibility and correctness of simplified calculation were discussed .The influences of construction techniques such as heat preservation and support setting on welding were considered .The conclusions can provide some references to welding design and construction .%采用有限元数值模拟方法，建立考虑热-固耦合效应的钢板对接焊接的三维有限元模型，运用生死单元技术模拟焊接全过程，从焊接残余变形和残余应力的角度，验证了分析模型的有效性，并分析了板件边界约束、焊接层数与道数、板件厚度、焊接顺序以及施工工艺对计算结果的影响。
workbench焊缝模拟算例 -回复
workbench焊缝模拟算例-回复[Workbench焊缝模拟算例]是一个用于模拟焊接过程的软件工具，它能够帮助工程师们详细分析焊缝的质量和性能。
在本文中，我们将一步一步回答关于该软件的使用方法以及模拟算例的相关问题。
Workbench焊缝模拟算例是如何工作的？Workbench焊缝模拟算例是利用有限元分析法（Finite Element Analysis, FEA）来模拟焊接过程的软件。
它采用了计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）的方法，通过计算模型来模拟并分析焊接过程中的各种参数和现象。
用户可以在软件中创建三维模型，包括焊接材料、焊缝几何形状以及焊接工艺参数等。
然后，通过设置不同的约束条件和加载情况，Workbench 焊缝模拟算例能够模拟出焊接过程中材料的变形、温度分布、残余应力等。
在模拟焊接过程时，软件会将焊接材料、焊接工艺参数等转化为数学模型，并根据有限元法求解模型中的方程。
通过迭代计算，Workbench焊缝模拟算例最终能够得出焊缝区域的应力、温度、应变变化等结果。
如何使用Workbench焊缝模拟算例进行焊缝模拟？使用Workbench焊缝模拟算例进行焊缝模拟分为以下几个步骤：1. 创建模型：首先，在软件中创建焊缝模型。
这包括选择材料和设定焊接工艺参数，并根据需要对几何形状进行建模。
2. 网格划分：将焊缝模型划分为有限元网格。
网格划分的质量对模拟结果的准确性有重要影响，因此需要进行适当的网格优化处理。
3. 材料属性设置：设置焊接材料的力学性质、热性质等参数。
这些参数将被用于计算模型中的物理方程。
4. 边界条件设置：根据实际情况，设置焊接模型的边界条件。
例如，可以设定施加在焊接模型上的力或位移，并定义其他限制条件。
5. 加载条件设置：确定焊接模型在加载过程中的各种情况，如应力、温度、位移等。
这些加载条件将影响模拟结果的准确性。
6. 模拟求解：在完成上述设置后，通过选择合适的求解方法和参数进行模拟计算。
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理论研究 64
板开 55°的单面坡口 ,留 2mm的钝边 ,材料为 Q345B。 为了描述 T型接头三维焊接温度场的分布 ,热
分析单元中选取单元 SOL ID87,在加热圆弧面上生 成无中间节点的三维 4 节点弧形的表面效应单元
SURF152。如图 2所示 ,在焊缝区域及近缝区细化 网格 ,而远离焊缝区采用较粗的网格 。为获得一个 良好的瞬态焊接温度场 ,本课题在焊缝区的单元网 格取 3mm ,热源沿着 T型接头 z轴的方向匀速移动 。
南昌航空大学学报
Journal of Nanchang Hangkong University 自然科学版 …………Natural Science
q ( r)
6 =π3
3f1 Q /2 abcf
ex
p
-3
x2
y2
z2 2
a2 + b2 + c2f
(2)
在后半部分椭球内热源分布为
q ( r)
6 =π3
理论研究
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
63
◎熊震宇 1 董 洁 1 谢雨田 2 蒋海侠 1
焊接过程的有限元模拟
(1. 南昌航空大学 ,江西 南昌 330063; 2. 南昌冶金建设有限公司 ,江西 南昌 330012) [关键词 ]焊接 ;数值模拟 ;温度场 ;应力场 [摘 要 ]利用有限元分析软件 ANSYS,对 T型焊接的温度场和应力场的分布进行了动态模拟 ,提出高斯函数和双椭球函数 相结合的双热源模型 。并应用 APDL语言实现了焊接全过程温度场的三维动态模拟 ,其结果与理论值比较吻合 。 [中图分类号 ] TG40 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 1001 - 4926 (2008) 02 - 0063 - 05
65
热 ,将辐射换热的影响考虑到对流换热中 ; (4)忽略熔池内部的化学反应和搅拌 、对流等
现象 [ 7 ] 。 1. 4 焊接热源的处理与施加
由于加热电弧是移动的 ,对于移动的实现 ,利用 ANSYS的 APDL语言编写子程序 ,采用离散的思想 , 进行多步循环来实现具体思路如下 :沿焊接方向将焊 缝长度 L等分为 N 段 ,将各段的后点作为热源中心 , 在以电弧中心为圆心 ,半径小于电弧有效加热半径的 区域内加载热源 ,每段加载后进行计算 ,计算时间为 L /V ,每一段的计算为一载荷步 。当进行下一段加载 (即下一载荷步计算 )时 ,需消除上一段所加的热流密 度 ,而且上一次加载所计算得到的各点温度值作为下 一段加载的初始条件 。如此依次在各点加载即可模 拟热源的移动 ,实现移动焊接瞬态温度场的计算 。 2 T型接头焊接的数值模拟结果及分析
/
3f2 Q 2 abcb
exp
-3
x2
y2
z2 2
a2 + b2 + c2b
(3)
此二式中的 a, b, cf , cb 可取不同的值 ,它们相互
独立 。本课题取熔池宽度 D 为 10mm , a = D /2 即
熔宽的一半 , cf = 23 ah为熔池的前沿 , cb = 83 ah为
熔池后沿 , b = 0. 005mm 为熔深 。
S im ula tion of weld ing processes ysis
X ION G Zhen - yu1 , DON G J ie1 , X IE Yu - tian2 , J IAN G Hai - xia1
( 1. N anchang Hangkong U n iversity, N anchang, J iangxi 330063, Ch ina ; 2. N anchang M eta llu rgy Construction L td, N anchang, J iangx i 330012, Ch ina)
点上 ;然后根据 T型接头应力场的非线性瞬态行为 在 ANSYS中设定相应的非线性分析的选项 。例如 : 激活时间积分效应 、打开大应变 、使用线性搜索 、对 时间步长进行预测和纠正等 ,最后求得 T型接头应 力场的最终结果 。 2. 1 温度场模拟结果分析
利用 ANSYS软件强大的热分析功能 ,采用的焊 接参数见表 1。
高斯函数分布的热源 [ 3 ]
q ( r) = qm exp
-
3
r2 R2
(1)
式中 : qm为加热斑点中心最大热流密度 ; R 为电 弧有效加热半径 ; r为离电弧加热斑点中心的距离 。
双椭球型热源 [ 4 ]
用椭球形热源分布函数计算时发现在椭球前半
部分温度梯度不像实际中那样陡变 ,而椭球的后半 部分温度梯度分布较缓 。为克服这个缺点 ,提出了 双椭球形热源模型 ,这种模型将前半部分作为一个 1 /4椭球 ,后半部分作为另一个 1 /4 椭球 。设前半 部分椭球能量分数为 f1 ,后半部分椭球能量分数为 f2 ,且 f1 + f2 = 2,则在前半部分椭球内热源分布为 :
[收稿日期 ]2008 - 03 - 12 [修回日期 ]2008 - 04 - 01 [作者简介 ]熊震宇 (1968 - ) ,男 ,南昌航空大学材料科学与工程学院教授 ,博士 。研究方向 :机器人与焊接自动化 、计算机图像处理等 。
2008年 6月 第 22卷 第 2期
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
Key words:welding; numerical simulation; temperature field; stress field Abstract: The finite element analysis of temperature fields and stress field in the T welding is accomp lished based on the ANSYS. It puts forward a double heat sources model combined w ith Gaussian and double ellip soidal distribution. And the dynam ic simulation of temperature field and stress field for welding p rocess has been realized by using ANSYS parametric design language (APDL ). The re2 sults conform to the theory calculation.
型接头埋弧焊为例给出了具体分析过程 ,计算结果 与理论比较吻合 。
1 有限元模型的建立
以南昌冶金建设有限公司吊车梁的制作工艺为依 托 ,对吊车梁角焊缝的焊接过程进行数值模拟 ,本文采 用 T型接头的模型如图 1所示。其中腹板尺寸 60mm
×16mm ×100mm,翼板尺寸 100mm ×20mm ×100mm,腹
图 3～图 8为 T型接头焊接在不同时刻的等温 云图 。随着焊接热源的向前移动 ,熔池随之移动 ,温 度场的分布也发生变化 ,当热源移动到 T型接头中 间部分 ,电弧作用区域附近的温度场分布基本稳定 , 与准稳态分布相近 。如图 4所示 ,温度云图上的等 温线形状呈现为以焊接方向为长轴的四分之一近似 椭圆 ,焊接热源前方等温线密集 ,温度梯度大 ,后方 等温线稀疏 ,温度梯度小 。 (图 3～图 5: T型板动态 温度场动态模拟过程 ;图 6 ～图 8: T型板温度场冷 却过程 。)
ANSYS中所有的单元只能在 /p rep7 中完成 ,因此 ,
焊缝部分的单元也需要在 /p rep7 中生成 ,而不能在
运用“生死 ”单元技术的时候凭空产生 。
1. 3 模型假设
(1)材料为各向同性 ;
(2)忽略金属的填充熔敷作用 [ 6 ] ;
(3)工件的所有外边界仅与空气发生对流换
理论研究
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
2008年 6月 第 22卷 第 2期
熊震宇 董 洁 谢雨田 蒋海侠 焊接过程的有限元模拟
理论研究 66
如图 9所示 ,从 T型接头腹板某截面处取 4 个 点 ,它们的位置分别是 1 - 焊缝中心 ; 2 - 距焊缝中 心 3mm; 3 - 距 焊 缝 中 心 6mm; 4 - 距 焊 缝 中 心 10mm。从热循环曲线分布图 10 可以看出 ,在焊缝
一般情况下 ,纵向残余应力在焊缝及其附近区 域为拉应力 ,而在远离焊缝的区域 ,拉应力迅速下 降 ,随后出现压应力 ( z轴方向为焊缝方向 ; y轴为 T 型接头的腹板方向 , x轴为 T型接头的翼板方向 ) 。 图 11为 T型接头焊接冷却到室温的等效应力分布 及热变形情况 ,因模拟时对模型施加的约束条件仅 限制下翼板不发生整体刚性位移 ,所以从图中可以 看见腹板变形很明显 ,特别是角变形很大 。
中心处 ,当焊接热源移动到该截面时 ,焊缝中心的温 度急剧上升 ,而由于热传导的缘故 ,距离焊缝中心越 远处 ,温度逐步降低 。冷却时 ,各点温度逐渐趋于某 一值 ,即降到焊件的平均温度为止 。
南昌航空大学学报
Journal of Nanchang Hangkong University 自然科学版 …………Natural Science
1. 2 “生死 ”单元技术
在 T型板焊接过程中 ,焊接材料不断填充而形
成焊缝 ,这一过程可以通过 ANSYS中“生死 ”单元
技术生动体现 [ 5 ] 。首先将焊缝部分的有限元单元设
置为“死 ”状态 ,即这部分单元的刚度矩阵乘以一个
微小因子 ,使之失效 ;当进行每道焊缝焊接时 ,将所
对应部分的单元“激活 ”即可 。值得注意的是 , 在
焊接热过程数值模拟是焊接数值模拟的一个主 要方面 ,它把焊接学科与计算机技术结合在一起 ,为 定量地研究焊接冶金起到积极的推动作用 [ 1 ] 。AN2 SYS软件是以有限元分析为基础的大型通用 CAE 软件 ,其强大的热结构耦合及瞬态 、非线性分析能力 使其在焊接模拟技术中具有广阔的应用前景 [ 2 ] 。本 文利用 ANSYS软件的参数化程序语言 APDL 编制 了焊接过程三维瞬态温度场模拟分析程序 ,并以 T