基于sysweld软件的T型接头焊接仿真模拟
基于SYSWELD的焊接模拟仿真
拟分析 ， 为实际焊接生产 中控制焊接 变形提供 了 理 论依 据 ．
参考 文献 ：
［ １ ］ 郭艳 ， 凌泽 民， 齐喜岑 ， 等． 基于 Ｓ Ｙ Ｓ ＷＥ Ｌ Ｄ铝 合金管点 焊温度场数值 模拟 ［ Ｊ ］ ． 热加工工艺 ， ２ ０ １ ０ ， １ ９ ： ４ ５ ４９ ．
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｓ ｕ ｈ ２ ２ １ ＠１ ６ ３ ． １ ２ ０ １ １ １ ．
８ ２
大 连 交 通 大 学 学 报
第３ ４卷 Leabharlann （ ３ ） 应力 分 析
程 中大 体上 不发 生变化 ；
（ ２ ） 由 于焊 缝 的纵 向收 缩 ， 底 板 在 各 道 焊 缝
源模 型． 本 文所 选 构件 采 用 自动 钨 极 氩 弧焊 工 艺
１ 构 件 模 型 分 析
（ １ ） 三维 网格 划分 钛合金 目前应用 广泛 ｒ ｚ ｊ ， 本 文所选构件 材料为 钛合金 Ｔ Ａ １ ５ ， 底 板 为 ２ ． ０ ｍ ｍ， 立筋 ６为 ２ ． ５ ａ ｒ ｍ， 共 ７道焊 缝 ， 采用 自动 钨极 氩 弧 焊工 艺 进行 焊 接 ． 首先对该 构件进 行 了网格 划分 ， 网格 划分 直接影 响
基于 Ｓ Ｙ Ｓ ＷＥ Ｌ Ｄ 的 焊 接 模 拟 仿 真
苏杭 ， 常荣辉 ， 倪 家强
（ 中国航 空工 业集 团 沈 阳飞机工 业（ 集 团） 有 限公 司，辽宁 沈 阳 １ １ ０ ８ ５ ０ ） 米
摘
要： 针对典型焊接构件 ， 采用 Ｓ Ｙ Ｓ ＷＥ Ｌ Ｄ焊接模 拟软件 进行模 拟 ， 建立 了三维模 型并 进行 了 网格 划
第３ ４卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ４月
焊接模拟sysweld详细教程
目录1、模型的建立1.1创建Points1.2由Points生成Lines1.3由Lines生成Edges1.4由Edges生成Domains1.5离散化操作1.6划分2D网格1.7生成Volumes1.8离散Volumes1.9生成体网格1.10划分换热面1.11划分1D网格1.12合并节点1.13保存模型1.14组的定义操作1.15保存2、焊接热源校核2.1建立模型并修改热源参数2.2检查显示结果2.3保存函数2.4热源查看2.5保存热源2.6高斯热源校核3、焊接模拟向导设置3.1材料的导入3.2热源的导入3.3材料的定义3.4焊接过程的定义3.5热交换的定义3.6约束条件的定义3.7焊接过程求解定义3.8冷却过程求解定义3.9检查4、后处理与结果显示分析4.1计算求解4 .2导入后处理文件4.3结果显示与分析1、模型的建立1.1创建points根据所设计角接头模型的规格，选定原点，然后分别计算出各节点的坐标，按照Geom./Mesh.→geometry→point步骤，建立一下十个点：（0，0，0）、（0，0，10）、（0，0，50）、（10，0，50）、（10，0，20）、（10，0，10）、（20，0，10）、（50，0，10）、（50，0，0）、（10，0，0）。
1.2由Points生成Lines按照Geom./Mesh.→geometry→1Dentities步骤，按照一定的方向性将各点连接成如下图所示的Lines：1.3由Lines生成Edges按照Geom./Mesh.→geometry→EDGE步骤，点击选择各边，依次生成如下图所示各Edges：1.4由Edges生成Domains按照Geom./Mesh.→geometry→Domains步骤，依次生成如下六个Domains：1.5离散化操作离散化操作是针对由Points所生成的Lines而言，由于除了有这些点生成的线以外，软件本身也会自动产生一些辅助的线条，可以通过“隐藏→显示”处理通过以下操作为后面的离散操作做好准备：通过Meshing→Definition→Discretisation启动离散化操作界面，离散后的线条显示如下图所示：1.6划分2D网格通过“隐藏→显示”处理，只显示Domains。
基于SYSWELD的T型接头GMAW焊接热过程模拟及其应用
焊接热过程贯穿整个焊接过程，一切焊接物理化学过 程都是在热过程中发生和发展的。焊接温度场决定了焊接 应力场和应变场，还与冶金、结晶、相变过程以及焊缝成 型有着不可分割的联系。因此，焊接热过程是影响焊接质 量和生产效率的主要因素之一，焊接热过程的准确计算和 测量是进行焊接冶金分析、焊接应力应变分析和对焊接过 程控制的前提。
焊接速度 /（mm/s）
4.5 3.6 3.0 2.6 2.25 2.0
焊接线能量 /（kJ/cm）
9.90 12.37 14.84 17.13 19.79 22.26
根据上述方法确定的焊接线能量对热源参数影响规律
如图 4 所示。图 4（a）、（b）分别为焊接线能量对热源深 度 b 和半宽 a 的影响，由焊接速度和半宽 a 就可以根据图 4 （c）、4（d）确定出热源长度方向的尺寸 c1 和 c2。
设计 与 研 究
1
基于 SYSWELD 的 T 型接头 GMAW 焊接热过程模拟及其应用
卢庆亮 1 曹永华 1 杨 云 1 栾守成 1 左增民 2 华 鹏 3 孙俊生 3
（1. 济南重工股份有限公司，济南 250109；2. 菏泽广泰耐磨制品股份有限公司，菏泽 274600； 3. 山东大学 材料学院，济南 250061）
三维双椭球热源模型把熔池设为两个半椭球的组合体， 其尺寸和形状由参数 c1、c2、a 和 b 来限定，如图 2 所示， 而这些参数根据实际焊缝横截面和焊缝表面波纹的实测数 据确定。
而使得熔池的尺寸变小。因此，计算时“设定”熔池的尺
寸应该比实测大。计算和试验测试结果表明，由实际焊缝
横截面和焊缝表面波纹测得的实际熔池尺寸增加 5% ～ 10%
计算试件的尺寸和 T 型接头的坐标系如图 1 所示，材 料为 JB800 贝氏体钢，JB800 钢的化学成分和力学性能如 表 1、表 2 所示。GMAW 焊接电弧以恒定速度 v 从固定坐 标系 O-yxz 的原点 O 开始，沿 y 方向运动；移动坐标系的 原点 O′位于电极的中心线上，并随同电弧同步移动，所 以 ζ=y-vt。
T型接头焊接模拟实例教程
OK，保存热源数据，并开始计算 在工作路径下产生材料金相属性文件 METALLURGY.DAT
4.2.5 结果查看
计算完后在工作路径 Input 下产生文件 HSF_DATA100.TIT， HSF_TRAN100.TIT， HSF_POST100.fdb 返回 Process 可发现 Qf 和 Qr（双椭球前后半球单位体积输入能量）根据输入的功率按原输入的比例 进行了相应调整
选 006-008，Display，显示 7.5s 时刻的热影响区形貌（006 为温度，007 为热影响区等值面，008 为几 何边界）
选 009-011，Display，显示 7.5s 时刻的截面温度（009 为温度，011 为几何边界）
4.2.6 热源校核
将模拟的焊缝与实际焊缝相对照，根据实际情况调整 Process 里面的参数(修改方法：点击 Process 下 面框中的文字，然后修改项的数据，修改后，点击 Replace 即可替换掉以前的值)，修改后继续点击 OK 计 算，观察结果，直到焊缝的熔池及热影响区与实际情况相符合为止。确定热源参数后点击 Save 保存
在视图区看见该热源的效果，由此可见截面内熔池形状及热影响区大小。
查看后处理结果 PostprocessingTime-Space Functions 时-空函数 选择函数号 Function number 1000，要查看的时间 7.5s
OK 后可查看到 7.5s 时热源所在位置
PostprocessingPost DB…
4) 5)
进入热源校核界面 ApplicationWelding AdvisorToolsHeat Input Fitting
4.2.1 接头几何模型构建 4.2.1.1 2D 网格
课程设计——基于sysweld软件的T型接头焊接仿真模拟
——焊接基于sysweld软件的T型接头焊接仿真模拟姓名：000班级：材料000班学号：00000000指导老师：000日期：2011年09月SYSWELD——法国ESI公司的焊接仿真分析软件，经20多年发展，已成为热处理、焊接和焊接装配过程模拟的领先模拟软件，能够全面考虑材料特性、设计和过程的各种情况。
随着科学技术的发展，机械制造行业也随之不断的革新和进步。
人们对铸件的质量要求也越来越高，而SYSWELD为其提供了一个良好的工具，对提高铸件的质量有未雨绸缪的作用。
SYSWELD热过程模拟软件对铸件的制造起着非常关键的作用，为解决铸件缺陷问题提供了一个平台。
利用SYSWELD软件对焊缝进行计算机仿真模拟来提高焊缝的质量，本文主要对焊接的热过程模拟来分析T形接头焊焊接热过程，主要通过T形建模、热源校核、焊接向导、求解计算及结果后处理的操作步骤对焊接热过程进行数值模拟。
与测试并修正的传统方法相比，SYSWELD使得成本降低、周期缩短。
另外还能够显著减少物理样机，产生高的投资回报率。
界面友好，轻松易学。
SYSWELD 是用于引导工程师发现关于变形、残余应力和塑性应变的影响因素，然后优化过程参数的专业模拟软件。
2011-09-091、T型接头模型的建立1.1创建Points (1)1.2由Points生成Lines (1)1.3由Lines生成Edges (2)1.4由Edges生成Domains (2)1.5离散化操作 (3)1.6划分2D网格 (5)1.7生成Volumes (6)1.8离散Volumes (8)1.9生成体网格 (10)1.10划分换热面 (11)1.11划分1D网格 (12)1.12合并节点 (13)1.13保存模型 (14)1.14组的定义操作 (15)1.15保存 (17)1.16小结 (17)2、焊接热源校核2.1网格的建立 (18)2.2材料的导入及定义 (20)2.3热源过程参数的定义 (20)2.4求解 (21)2.5热源显示 (21)2.6修改参数 (22)2.7热源校核 (22)2.8检查显示结果 (23)2.9保存函数 (24)2.10热源查看 (24)2.11保存热源 (25)2.12小结 (25)3、焊接模拟向导设置3.1材料的导入 (26)3.2热源的导入 (26)3.3材料的定义 (27)3.4焊接过程的定义 (27)3.5热交换的定义 (28)3.6约束条件的定义 (28)3.7焊接过程求解定义 (28)3.8冷却过程求解定义 (29)3.9检查 (29)3.10小结 (31)4、后处理与结果显示分析4.1计算求解 (32)4 .2导入后处理文件 (32)4.3结果显示与分析 (33)4.4小结 (36)1、T型接头模型的建立1.1创建Points根据所设计T型接头模型的规格，选定原点，然后分别计算出各节点的坐标，按照Geom./Mesh.→geometry→point步骤，建立以下13个点：P1（-25,0，-10）、P2(7,0，-10)、P3(10，0，-10)、P4(13,0，-10)、P5(35,0，-10)、P6(35,0,0)、P7(10,0,0)、P8(10,0,30)、P9(0,0,30)、P10(0,0,3)、P11(-1.5,0,1.5)、P12(-3,0,0)、P13(-25,0,0)如下图所示：1.2由Points生成Lines按照Geom./Mesh.→geometry→1Dentities步骤，按照一定的方向性将各点连接成如下图所示的Lines：1.3由Lines生成Edges按照Geom./Mesh.→geometry→EDGE步骤，点击选择各边，依次生成如下图所示各Edges：1.4由Edges生成Domains按照Geom./Mesh.→geometry→Domains步骤，依次生成如下六个Domains：1.5离散化操作离散化操作是针对由Points所生成的Lines而言，由于除了有这些点生成的线以外，软件本身也会自动产生一些辅助的线条，为了方便清晰地对所生成的主要线条进行选取及其他操作，可以通过“隐藏→显示”处理，只显示如下图所示的十八条线：通过以下操作为后面的离散操作做好准备：→通过Meshing→Definition→Discretisation启动离散化操作界面，将L2、L4、L8、L10四条线均匀离散成3段，将其他十四条线非均匀离散，离散单元数为5，系数为3.5。
T型接头焊接温度场ANSYS仿真讲解
焊缝凝固过程的温度场分析初始条件：焊接件的初始温度为25度，焊缝温度为3000;对流边界条件：表面传热系数为5e-4，比热容0.2，材料密度0.28，空气温度为25度；求2000s后整个焊接件的温度分布1、选择网格单元类型Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Add>Thermal Mass>Solid>Brick 8 node 70图1-1 定义单元类型2、设置钢板及焊缝材料属性Preprocessor>Material Props>Material Models>Material Model Number 1>Thermala．设置焊件材料密度、热传导系数、比热容，设置焊缝材料密度、热传导系数、比热容及与温度相关的涵参数，如下图所示。
b．设置左右两道焊缝的焓参数，焓参数随温度变化曲线如图2-5所示。
图2-1 钢板热导率设置图2-2 设置钢板比热容图2-3 设置钢板密度图2-4 焊缝焓参数设置图2-5 左右焊缝焓参数3、建立几何模型Preprocessor>Modeling>Create>V olumes>Block>By Dimensions 建立焊件几何模型。
Preprocessor>Modeling>Create>V olumes>Cylinder>By Dimensions 建立焊缝几何模型。
建模过程如图3-1所示。
图3-1 几何模型建模过程1图3-2 几何模型建模过程2通过Reflect建立完整的几何模型，之后运用布尔运算中glue使整个模型成为一个整体，如图3-3所示。
焊接模型几何参数：横板：2*1.2*0.4竖板：0.4*1.2*1焊缝：R0.2*1.2图3-3 焊件几何模型设置焊件及左右焊缝网格属性Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Picked 选择焊件或是焊缝，分别对其进行设置。
不同焊接速度下T形接头焊接温度场模拟分析
不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析摘要焊接速度是焊接的重要参数，同一种焊接方法下，不同的焊接速度会影响温度场的分布。
通过有限元软件ansys建立了t形接头热分析模型，考虑了材料物理性能随温度和相变的影响，焊接热源采用内部热生成的方法模拟，焊接过程用生死单元模拟。
得到并比较了不同速度下的t形接头焊接温度场的焊接温度场。
关键词焊接；数值模拟；单元生死；温度场中图分类号tg45 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2013）87-0064-03在焊接中，焊接热传导和热输入对冶金过程、应力应变等都有非常重要的影响。
焊接是快速的局部加热到高温与快速的冷却的过程。
焊接过程中的温度和材料热物理性能参数会随时间剧烈变化。
焊接温度场是典型的移动热源的模拟分析。
1 模型的建立1.1 有限元模型焊接过程的热传导是一个复杂的非线性问题，焊接温度场的模拟属于瞬态非线性热分析，材料为spv 490q，选用solid70单元。
焊件尺寸为：底板为100 mm×100 mm×8 mm；壁板为100 mm×100 mm×20 mm。
取焊接方向的单元网格长度为0.5 mm。
模型忽略熔池流体的流动作用。
热物理性能参数随温度变化而变化。
1.2 焊缝热源通过单元的内部生热方式模拟焊缝的热源，载荷的施加通过生热率实现，通过生死单元的计算来模拟焊缝。
利用ansys的apdl 语言编写的程序来模拟移动的热源，通过循环语句来实现热源的移动。
把热输入量换算成在单位体积、单位时间上的焊缝单元的热生成强度，设热效率为；电压为u（v）；电流为i（a）；每个焊缝单元的体积为v（m3）。
设焊接电流为150 a，电弧电压u为24 v，焊接效率取0.75. 环境温度设置为20 ℃。
采用tig焊。
2 温度场的计算与分析焊接温度场的直观描述对焊接工艺的改进有一定的帮助。
该焊接包括内外侧角焊缝的焊接。
图2.12图2.15依次为v=5mm/s.7.5mm/s时焊缝中心线（路径2）各点温度变化趋势。
基于Sysweld的焊接接头热源模型二次开发
1．2 热源模型 Sysweld 软件内置了 3 种结构简单的热源模型［6］，
20 ·试验与研究·
分别为：
（1） 二维高斯面热源模型， 适用于表面热处理；
（2） 三维高斯锥形热源 模 型 ， 适 用 于 激 光 焊 、
电子束焊等高能束流焊接；
（3） 三维双椭球热源模型， 适用于 TIG， MIG 焊
1．3 热源计算
基于 Sysweld 平台开发自定义的异型焊 接 接 头 ，
建立三维有限元模型， 其单元类型、 单元组的数量
和种类必须和内置的热源模型一致， 具体包括：
（1） 建立包含焊缝和母材的 3D 单元组； （2） 从 3D
单元抽取表面网格， 生成 2D 单元组， 表征换热面；
（3） 从焊缝和母材的 3D 单元沿着焊接方向抽取 2 条
摘要： 焊接接头的结构形式和尺寸精度直接影响热源模型计算结果的准确性 ， 工程实际应用的焊接接头形式多样、 结构复杂， Sysweld
内置的焊接接头远不能满足实际需求。 基于 Hypermesh， Sysweld 软件平台开发了大坡口角焊缝和双侧多层角焊缝热源模型， 首先利用
Hypermesh 建立有限元模型生成可执行的内嵌文件， 利用 Sysweld 的 HSF 工具反复调整 双 椭 球 热 源 高 斯 参 数 ， 并 将 校 核 结 果 与 试 验 结
1 大坡口角焊缝的热源计算 1．1 几何模型
焊接结构的接头形式和形状多种多样， 只利用 专用商业焊接有限元软件所提供的自定义接头往往 不够， 这就要求必须根据工程实际自定义接头形式 和形状。 如图 1 所示的大坡口角焊缝， 其坡口位置、 坡口角度直接影响传热过程， 继而影响焊接结构件 最终的变形量和组织性能。
chap5 SYSWELD焊接模拟范例——T型接头
5
模拟流程
3 – 通过Welding Wizard焊接向导定义焊接问题
应输入以下数据
组件材料属性参数 移动热源（迹线、速度、强度） 热/力边界条件 初始温度和材料组织成分 求解器参数
借助材料库、函数库和专用组名来建立要求解的问题 所有输入数据都存放在工程文件中，可导入、修改和保 存
Copyright © ESI Group, 2012. All rights reserved.
39
1 6 2 4
3 5
Copyright © ESI Group, 2012. All rights reserved.
40
热影响区
熔融区
Copyright © ESI Group, 2012. All rights reserved.
94
1
Perform the solution of the problem
模拟的稳态计算部分在当前的PC机上需约半小时
95
重启瞬态计算以模拟 焊接结束时及冷却
96
1 2 3
97
1 – 重启过程restart procedure名， 对第一个重启名为 projectName-1， 第二个重启名为ProjectName-2， 以此类推
6
模拟流程
模拟向导会话保存后：
从材料库和函数库中提取出所需要的材料 属性和函数 得到可由求解器解析的命令文件 <PROJECT_NAME>_*.DAT (也称“工程 文件 ” ) ，该文件包括材料属性应用、载 荷和网格约束以及问题求解顺序。
7
模拟流程
4 – 问题的有限元求解
焊接工艺模拟分析软件SYSWELD
船舶
焊缝总长 120 m
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
船舶
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
点焊装配变形
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
船舶
Tool bars
温度场
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温度场对比
Q(J/smm3) 210
zs(mm) 10.33
rest(mm) 1.3
rint(mm) 0.9
re(mm) 0.49
ri(mm) 0.47
ze(mm) 8.8
zi(mm) 2.7
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
列车梁
9 个零件, 40 条焊缝
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
列车梁
9 个零件, 40 条焊缝 在普通计算机上，大概1小时 最小: -5.75 mm 最大: 4.3 mm
Z+
X+
Y+
整体变形
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
变形
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
温度场及金相
温度场
马氏体的转换
温度梯度
贝氏体的转换
© UFC Corp. 2009. All rights reserved.
应力场
热应变
塑性应变
屈服应力
应力
SYSWELD焊接仿真入门教程
输入工作名 及注释
打 开 Welding Wizard 焊接向导
QQ2361566926
加载材料库
材料库 点击加载
加载函数库
建立节点 Nodes
Node 菜单 by XYZ locate 建立节点坐标
生成面 surface
Surface 菜单 Blend(Spline)生成面
生成 2D mesh
2D 菜单 Auto mesh Surfaces 生成 2D 网格
拉伸 3D mesh
3D 菜单 Sweep(Drag)拉伸生成 3D 网格
到目前完成了焊接模拟的前处理过程，即焊接过程的所有要素都被转化成了 可以在求解过程中能够被识别的网络，现在需要将 visual-mesh 建立的模型保存 为 Sysweld 所识别的格式，ASC 文件。命名格式为**_DATA**.ASC，其中 DATA 前面是下横杠，DATA 后面是数字，下横杠前面是自己的名称，所建模型如下图。
15
(4) 最小网格尺寸
1
(5) 最大网格尺寸
3
输入后点击Save，进行保存，生成三维网格如下图。
QQ2361566926
选择选项
3.2 加载材料数据库及函数数据库 Material DB是材料数据库的意思，这里面存储了材料的热物性参数、热力学
数据、相变参数等等。
1 材料数据 库
2 点击加载
3 默认安装 路径下的材 料库文件 welding.mat
热交换选择
热交换定义 模块
基于SYSWELD对低合金钢焊接接头的数值模拟及实验分析
２０１０年１２月
基于ＳＹＳＷＥＬＤ对低合金钢焊接接头的
数值模拟及实验分析
康惠。凌泽民，齐喜岑 （重庆大学材料科学与工程学院。重庆４０００４４）
摘 要：基于焊接专用有限元模拟软件ＳＹＳＷＥＬＤ对Ｑ３４５Ｄ低合金钢Ｃ０２焊焊缝组织成分进行了数值模拟研 究。并对焊接接头进行了金相分析。结果表明：模拟结果与实验结果基本吻合，Ｑ３４５Ｄ低合金钢焊后冷却至大约３００℃
目前焊接领域大量采用数值模拟的方法研究焊 接温度场、应力应变场等，对于焊接过程中熔池的相 变和组织成分的模拟研究还处于探索阶段。法国 ＥＳＩ公司开发的焊接专用数值模拟软件ＳＹＳＷＥＬＤ 拥有自身强大的数据库，将材料的ＣＣＴ曲线融合进 去。使得该软件对材料焊接过程中接头组织的分析 成为可能。进而为预测材料的各种物理性能奠定了 基础。本文采用该软件，考虑到材料热物理性能的
ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗａｓ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｗｈｅｎ ｌｏｗ－ａｌｌｏｙ ｓｔｅｅｌ Ｑ３４５Ｄ ｃｏｏｌｓ ｔｏ ａｂｏｕｔ ３００℃ａｆｔｅｒ
Ｋ ＡＮＧ Ｈｕｉ．ＬＤＪＧ Ｚｅｍｉｎ，ＱＩ Ｘｉｃｅｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＹＳＷＥＬＤ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ ｏｆ ｌｏｗ－ａｈｏｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｅｅｌ ｂｙ Ｃ０２ ａｒｃ
基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟
基于SYSWELD 的激光复合焊焊接变形数值模拟唐 琪1， 陈 鹏1， 陈静青2， 梁 勇1， 刘 赞1(1. 西南交通大学 材料科学与工程学院，成都 610031；2. 西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室，成都 610031)摘 要： 地铁作为一种重要的交通工具，在城市生活中起着越来越重要的作用，地铁同时具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点. 选用3D 高斯+双椭球热源，采用固有应变法，对地铁牵引梁在不同约束情况下的焊接变形进行了模拟. 在模拟现有约束情况的基础上，另外设计了3种约束情况. 结果表明，采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好，x ，z 向最大变形都出现在方案2中，分别为2.46和13.13 mm ，y 向变形稳定在1.63 mm 左右；将变化率方差最大的角变形作为评价标准，得到方案4最合理，角变形最小为1.21°.关键词： 固有应变法；有限元配件SYSWELD ；激光复合焊；焊接变形中图分类号：TG 404 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .20194000670 序 言地铁作为一种重要的交通工具，在城市生活中起着越来越重要的作用，它不仅不阻碍地面交通，而且还具有绿色无污染、准时、运载能力强等优点.牵引梁作为地铁底架重要组成部分，由于焊缝多且长，因此在焊接过程中，容易形成应力集中，从而使焊接结构变形，不利于地铁车辆的运行安全，成为制约地铁发展的一个关键因素[1].由于牵引梁属于大型构件，通过试验的方法来研究焊接变形不仅耗时，而且成本高昂，因此采用数值模拟的方法逐步发展起来. 日本学者Ogaiva 等人[2]最先提出了固有应变法，它不同于热弹塑性法，固有应变法专注于焊后结果而不考虑焊接过程中复杂的瞬态过程，从而大大缩短了计算量，是现在大型构件焊接变形模拟的主要方法[3-5]. 文中采用有限元软件SYSWELD ，通过固有应变法对某型号地铁牵引梁在不同约束条件下的焊接变形进行了模拟计算，并与实测结果相比较，验证了焊接变形模拟的可靠性，通过优化约束条件，减小了焊接变形.1 热源模型建立牵引梁材料为304不锈钢，为使模拟结果更准确，在对牵引梁整体进行模拟计算前，需要对构件的T 形接头和对接接头进行热源校核. 实际生产中采用的是激光−MIG 复合焊接工艺，为使模拟结果与实际吻合，在不考虑熔池流动的情况下，选用3D 高斯+双椭球热源[6-8]. 将模拟结果与实际焊接接头比较，得到模拟熔池与实际焊缝截面基本一致，如图1和图2所示，证明了所选热源模型的正确性.5 000 μm(a) 实际焊缝截面1 4001 3081 2161 1241 03294084875666457248038829620411220(b) 模拟焊缝截面图 1 T 形接头焊缝截面对比Fig. 1 Cross section comparison of T-joint welds收稿日期：2017 − 10 − 09基金项目：国家自然科学基金资助项目(51504198)；科技创新项目(A092050201820-48)第 40 卷 第 3 期2019 年 3 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .40(3):032 − 036March 2019实际截面模拟截面图 2 对接接头焊缝截面对比Fig. 2 Cross section comparison of T-joint welds2 数值模拟过程2.1 有限元模型如图3所示，该型号牵引梁长约2 m，由4块上盖板、1块下盖板、2块腹板、2块筋板和1块端板构成，包括32条不同类型的焊缝，最长约1 800 mm，最短约105 mm.为了保证计算精度，同时又尽量减少计算量，采用渐变的六面体网格对模型进行离散化处理. 在焊缝及其附近区域尺寸约为1 mm，远离焊缝区单元尺寸增大，约为10 ~ 18 mm.最终得到总的单元约为490 000个，如图4所示.yx z图 4 牵引梁整体网格模型Fig. 4 Mesh model of traction beam2.2 固有应变的提取和施加当校核焊缝截面与实际焊缝截面一致后，进行力学计算，并提取焊缝附近节点的固有应变. 该牵引梁焊接接头主要分为3种，即T形接头、插接接头和对接接头.根据不同板厚，将8 mm × 8 mm和8 mm × 4 mm 的T形接头分别命名为T01和T02；6 mm × 8 mm和6 mm × 4 mm 的插接接头命名为C01和C02；8 mm × 8 mm对接接头命名为D01，如图5所示. 焊接时，C01，C02和D01直接使用激光–MIG复合焊焊接，而T01和T02需先用激光焊打底，各焊接工艺参数如表1所示，提取各焊接接头长度方向中间截面的应变，计算得到的平均值如表2所示.表 1 焊接工艺参数Table 1 Welding process parameters接头编号焊接方法电流I/A电压U/V速度v/(m·min–1)功率P/kW T01和T02激光焊——17复合焊22527.51.33 C01复合焊28329.71.685C02复合焊22529.71.684D01复合焊28329.71.685表 2 平均应变值Table 2 Average strain of welded joints 接头编号平均值ε/mm T010.084T020.064C010.060C020.075D010.060牵引梁图 3 牵引梁实物图Fig. 3 Traction beam图 5 接头形式及编号(mm)Fig. 5 Forms and numbering of welded joints第 3 期唐 琪，等：基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟33现有的有限元软件一般不能直接将固有应变作为载荷进行加载，需要对固有应变进行转化才能施加到构件中进行变形的计算.根据提取和施加方式的不同，主要分为等效载荷法和温度载荷法.2.2.1 等效载荷法等效载荷法是将焊缝及其附近的固有应变积分后，转化为等效力和力矩来施加的一种方法[9].White 等人[10]提出Tendon force 的概念可以用于计算纵向收缩，它们的关系如下式式中：E 为弹性模量；εx 为纵向固有应变.2.2.2 温度载荷法温度载荷法是在施加温度不变的情况下，通过改变材料线膨胀系数来施加固有应变的一种方法[11].温度、应变和材料线膨胀系数三者之间的关系满足式中：εx 为固有应变；F 为施加固有应变单元的截面积；W 为单位长度的焊缝收缩量；α为线膨胀系数；ΔT 为温度载荷.2.3 约束条件焊接约束的施加对焊接变形结果的影响很大，由于牵引梁上盖板不在同一平面内，故根据实际情况，只对下盖板的约束情况进行调整，其它工艺条件保持不变. 将约束情况分为4个方案，其中，方案1用于实际生产，方案2 ~ 方案4为设计方案，约束分布如图6所示. 为方便表述，除下盖板外，其余位置约束情况不发生变化，故未标出.C1C2C3C4C5C6C7C8C9C11C12C13图 6 牵引梁约束位置示意图Fig. 6 Constraint position of traction beam方案1：C1 ~ C7先全部约束，当焊到相应位置时移除约束，焊完后再恢复约束，不约束C12.方案2：移除约束C2 ~ C7，不约束C12.方案3：整个过程不移除约束，不约束C12.方案4：整个过程不移除约束，约束C12.3 试验结果3.1 模拟结果方案1 ~ 方案4各方向上的模拟焊接变形结果分别如图7 ~ 图10所示，不同的约束方案下牵引梁的各向焊接变形最大值分布较为一致. x 向变形主要分布在上盖板与侧板的连接处，y 向变形主要分(a) 方案1下 x 向变形1.150.830.510.18−0.14−0.46−0.78−1.10−1.42−1.74−2.06y xz方案1下 x 向变形 V x 1/m m(b) 方案1下 y 向变形1.631.331.030.730.430.13−0.17−0.47−0.77−1.07−1.37y xz方案1下 y 向变形 V y 1/m m5.383.902.430.96−0.52−1.99−3.46−4.94−6.41−7.88−9.35y xz(c) 方案1下 z 向变形方案1下 z 向变形 V z 1/m m图 7 方案1下各向焊接变形云图Fig. 7 Welding distortion contour under scheme 12.462.061.661.260.850.450.05−0.35−0.75−1.16−1.56y xz(a) 方案2下 x 向变形方案2下 x 向变形 V x 2/m m1.621.321.020.730.430.13−0.47−0.17−0.77−1.07−1.37y xz(b) 方案2下 y 向变形方案2下 y 向变形 V y 2/m m5.443.581.73−5.70−3.84−0.13−1.99−7.56−9.41−11.27−13.13y xz(c) 方案2下 z 向变形方案2下 y 向变形 V z 2/m m图 8 方案2下各向焊接变形云图Fig. 8 Welding distortion contour under scheme 234焊 接 学 报第 40 卷布在肋板端部，z 向变形主要分布在上盖板边缘，直接读取各图最大焊接变形，得到表3. 由表3可知，牵引梁在y 向的最大变形量与约束情况关系不大，这是由于牵引梁在y 向尺寸较小，且热输入大的长直焊缝主要沿x 向分布所致. 因此，牵引梁在尺寸大的x 向和盖板厚度的z 向变形受约束情况影响较大，x ，z 向最大变形都出现在方案2中，分别为2.46和13.13 mm . 其中，z 向变形明显主要出现在上盖板边缘，是因为上盖板厚度有限，过大的热输入使上盖板发生变形.表 3 不同方案下的各向最大变形Table 3 Maximum deformation under different schemes方案编号x 向变形V x /mmy 向变形V y /mmz 向变形V z /mm方案1−2.061.63−9.35方案22.461.62−13.13方案3−1.851.64−7.42方案4−1.791.436.963.2 试验验证为证明2.3中方案1模拟结果的正确性，需要将模拟结果与实测结果进行对比，如图11. 分别在牵引梁上下盖板边缘取点，测量和提取图3及方案1中对应位置的z 向变形，结果如表4所示，模拟结果与实际结果接近，绝对误差小于1 mm ，相对误差表 4 实测及模拟测量点变形结果Table 4 Measured and simulated measurement resultsof point deformation测量点实测变形V j /mm 模拟变形V m /mm 绝对误差ΔV /mm 相对误差Δδ(%)A 7.98.540.648.10B 6.45.960.446.88C 6.36.990.6910.95D 6.56.070.436.62E 7.06.080.9213.14F 8.48.370.030.36J 2.52.440.062.40K 2.83.150.3512.50L 4.34.810.5111.86M 3.13.300.206.45N 2.42.660.2610.83O 4.54.110.398.67平均值———8.23y xz1.511.170.840.500.16−0.17−0.51−0.85−1.18−1.52−1.85(a) 方案3下 x 向变形方案3下 x 向变形 V x 3/m my xz1.641.341.040.740.430.13−0.17−0.47−0.78−1.08−1.38方案3下 y 向变形 V y 3/m m(b) 方案3下 y 向变形y xz6.525.133.732.340.94−0.45−1.84−3.24−4.63−6.03−7.42(c) 方案3下 z 向变形方案3下 z 向变形 V z 3/m m图 9 方案3下各向焊接变形云图Fig. 9 Welding distortion contour under scheme 3(a) 方案4下x 向变形1.711.361.010.660.31−0.04−0.39−0.74−1.09−1.44−1.79y xz方案4下 x 向变形 V x 4/m m(b) 方案4下 y 向变形1.431.140.860.580.300.02−0.26−0.54−0.82−1.10−1.39y xz方案4下 y 向变形 V y 4/m m(c) 方案4下 z 向变形6.965.914.873.832.781.740.70−0.35−1.39−2.44−3.48y xz方案4下 z 向变形V z 4/m m图 10 方案4下各向焊接变形云图Fig. 10 Welding distortion contour under scheme 4J′J A BC D EFK′L′L M′M N′O′ON K图 11 牵引梁取点位置Fig. 11 Points position of traction beam第 3 期唐 琪，等：基于SYSWELD 的激光复合焊焊接变形数值模拟35平均值为8.23%，说明模拟结果与试验结果能够较好的吻合，可以通过模拟的方法来优化牵引梁在实际焊接中的约束情况，减小焊接变形.为更好的选择最优约束方案，需要进一步考虑牵引梁焊接的角变形，收缩变形和挠度. 在模型对应方向上取若干点并将这些点的平均值作为该方向上的变形量，如表5所示. 变化率方差用于描述焊接变形在不同约束下的波动情况，表5中角变形方差最大，因此将角变形作为评价标准，方案4的焊接角变形最小，故牵引梁在焊接过程中的最佳约束情况为方案4.表 5 不同焊接约束变形结果Table 5 Deformation results under different welding constraints方案编号角变形δ/(°)收缩变形V s/mm挠度γ/mm方案15.250.51.63方案25.980.541.43方案32.730.481.64方案41.210.511.54变化率方差0.215 40.003 60.004 24 结 论(1) 采用固有应变法的模拟与实测结果吻合较好，x，z向最大变形都出现在方案2中，分别为2.46和13.13 mm，y向变形稳定在1.63 mm左右.(2) 将变化率方差最大的角变形作为评价标准，得到方案4最合理，角变形最小为1.21°.参考文献：唐 琪, 陈 鹏, 黄菁婧, 等. 基于SYSWELD的地铁底架枕梁焊接变形的数值模拟[J]. 电焊机, 2017, 47(6): 101 − 104.Tang Qi, Chen Peng, Huang Jingjing, et al. 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Increasing the welding temperature and prolonging the holding time in a certain range can improve the tensile strength of the joints. It also promotes the coarsening of austenite grain, which is detrimental to the tensile strength and impact toughness. The tensile strength of the joints after post weld heat treatment (normalizing + tempering) is lower than the as-welded one, but the microstructure stability and impact toughness of the welds are obviously improved.Key words: low activation martensitic steel；vacuum diffusion welding；heat treatment；mechanical propertiesOptimization and research of BGA solder joint about signal integrity facing complete transmission path HUANG Chunyue1， HUANG Genxin1， LIANG Ying2， KUANG Bing1， YIN Rui1 (1. School of Electro-Mechanical Engineering, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China；2. Department of Electronic Engineering, Chengdu Aeronautic Vocational and Technical College, Chengdu 610021, China). pp 25-31Abstract:The simulation model of complete transmission path based on BGA solder joint was built by HFSS software, the return loss of complete transmission path were obtained based on the model. The impacts of signal frequency, solder joint maximum radial size, pad diameter and solder joint height on return loss were also studied. Taking the maximum size of the solder joint, solder joint height, the diameter of pad size as design parameters, the return loss as the target value, design and calculation of 17 sets of experiments using computational simulation. 17 sets of simulation of complete transmission path loss and the relationship between the parameters of BGA solder joint shape fitting by the response surface method, combined with genetic algorithm for fitting function optimization. BGA solder joint parameters with minimum return loss in full transmission path is the maximum size of 1.05 mm solder joint, height of solder joint is 0.75 mm, the diameter of pad is 0.65 mm, and the optimal combination of parameters of the simulation, the optimal combination of simulation results. The result of optimal combination is better than 17 sets of experimental results, and the optimization of the solder joint structure in the whole transmission path is realized.Key words: BGA solder joint；complete transmission path；return loss；response surface；genetic algorithmNumerical simulation of welding deformation in laser hybrid welding based on SYSWELD TANG Qi1， CHEN Peng1， CHEN Jingqing2， LIANG Yong1， LIU Zan1 (1.Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China；2. Key Laboratory of Advanced Technologies of Materials, Ministry of Education, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China). pp 32-36Abstract:As an effective supplement to ground transportation, metro plays an increasingly important role in urban life, who has the advantages of green, pollution-free, punctual and strong carrying capacity. A couple of 3D Gauss and double ellipsoid heat source were adopted, and the inherent strain method was used to simulation the welding deformation of the metro traction beam under different constraints. Based on the simulation of the existing constraints, three other constraints were designed. The results show that the simulated results through the inherent strain method are in good agreement with the measured results. The maximum deformation in x-direction and z-direction occurs in scheme 2, which are 2.46 and 13.13 mm, respectively. The deformation in y-direction is stable at about 1.63 mm. Put the angular deformation with maximum variance of change rate as the evaluation criteria, scheme 4 is the most reasonable, and the minimum angular deformation is 1.21 degree.Key words: inherent strain method；SYSWELD；laser hybrid welding；welding deformationInfluence of bottom-threaded pin on hook morphology and mechanical properties of lap welded joint WU Shuanglian1， MAO Zhendong1， LIU Xuesong2 (1. CSR Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111, China；2. State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China). pp 37-40 Abstract: Using 3 mm thick 7075-T6 aluminum alloys as the research objects, this work studied the effect of a bottom-threaded pin on hook morphology and mechanical properties of friction stir lap welded joint. The results showed that the thread on the pin could significantly affect the material flow behavior during welding. The plastic material accumulated at the lap interface, squeezing the lap interface, So the hook bended downwards after welding. The width of the stir zone was obviously wider than the diameter of the pin. Because there was on thread on the tip of the pin, void easily appears at the bottom of the stir zone due to incomplete refilling of the plastic material. With increasing the welding speed, the lap shear failure load first increased and then decreased. The maximum failure load of 23.333 kN was obtained at a welding speed of 40 mm/min.Key words: thread；pin；friction stir lap welding；hook；lap shear failure loadFatigue property and failure mechanism of self piercing riveted joints of TA1 titanium alloy HUANG Zhichao1，SONG Tianci1， LAI Jiamei2 (1. Key Laboratory for Conveyance and Equipment of the Ministry of Education, East China Jiaotong University, Nanchang 330013, China；2. School of Mechanical and Electrical Engineering, NanchangII TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION2019, Vol. 40, No. 3。
船用高强钢T型接头焊接角变形预测仿真
船用高强钢T型接头焊接角变形预测仿真杨金超;王锡栋【摘要】Based on the physical tests of marine T-joint, the back-propagation network was built by using Artificial Neural Network (ANN) tool box of MATLAB software during CO2 welding.The influence of welding parameters, plate thickness and welding sequence on angular deformation was simulated.The valid path of controlling the welding angular deformation for marine high-strength steel was attained.The results show that the method can predict and forecast the angular deformation of the T-joint in the ship.The deviation between the test result and the simulation result is small, the angular deformation of the segmented welding is the smallest, and the angular deformation increases with the increase of the welding current and decreases with the increase of the plate thickness.%以船用高强钢的T型接头为研究对象,在物理模拟试验的基础上,基于人工神经网络调用MATLAB软件的工具箱建立船用高强钢T型接头角变形BP神经网络模型,仿真焊接工艺参数、底板厚度、焊接顺序等因素对角变形的影响,探索抑制船体钢结构焊接角变形的有效措施.结果表明该方法可以快速预测、预报船舶T型接头焊接过程中产生的角变形量.测试结果与仿真结果之间的偏差较小,采用分段退焊的角变形量最小,T型接头焊接角变形随焊接电流的增大而增大,随底板板厚增加而减小.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2017(044)004【总页数】4页(P12-15)【关键词】人工神经网络;T型接头;角变形;BP神经网络模型;焊接工艺;船体钢结构;仿真计算;MATLAB【作者】杨金超;王锡栋【作者单位】中国船级社秦皇岛分社,河北秦皇岛 066001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】U671.83焊接过程是一个具有非线性、不确定性、时变性、多变量藕合的复杂过程。
T型接头激光焊接的温度场和应力场的数值模拟
Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．４安徽工业大学学报第２４卷第４期Ｏｃｔｏｂｅｒ２００７Ｊ．ｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００７年１０月文章编号：１６７１－７８７２（２００７）０４－０３８４－０５Ｔ型接头激光焊接的温度场和应力场的数值模拟丁林，周永涛，李明喜（安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽马鞍山２４３００２）摘要：基于ＳＹＳＷＥＬＤ的焊接分析功能，采用有限元方法研究激光动态焊接过程中温度场、应力场、应变场的变化情况，应用ＳＹＳＷＥＬＤ软件的校正工具对三维高斯热源进行校核。
考虑各相的热物理性能参数与温度的非线性关系，建立焊接过程的数学模型和物理模型，以不锈钢Ｘ５ＣｒＮｉ１８１０为例，对Ｔ型接头进行三维动态模拟。
结果表明：随焊接速度的减小，热循环在高温时刻停留时间增加，冷却速度减慢；随着远离起始端距离的增加拉应力值逐渐减小转变为压应力，最后趋向零。
关键词：温度场；应力场；应变场；有限元法中图分类号：ＴＧ４０２文献标识码：ＡＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＦｉｅｌｄａｎｄＳｔｒｅｓｓＦｉｅｌｄｏｆＴ－ｊｏｉｎｔＤＩＮＧＬｉｎ，ＺＨＯＵＹｏｎｇ－ｔａｏ，ＬＩＭｉｎｇ－ｘｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ２４３００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄｄｕｒｉｎｇｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＳＹＳＷＥＬＤｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｉｓｍｏｄｉｆｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｏｏｌｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙＳＹＳＷＥＬＤｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏ－ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ．Ｔ－ｊｏｉｎｔｗｅｌｄｉｎｇｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＸ５ＣｒＮｉ１８１０ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ３Ｄｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｃｅａｓｅｉｎｇｔｉｍｅｏｆｈｅａｔ－ｃｙｃｌｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｎｄｃｏｏｌｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙｉｓａｌｓｏｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｗｅｌｄｉｎｇｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｄｉｓｔａｎｃｅ，ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｉｓｔｒａｎｓｌａｔｅｄｉｎｔｏｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｔｅｎｄｓｔｏｚｅｒｏ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ；ｓｔｒａｉｎｆｉｅｌｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ近年来，随着计算机技术和仿真算法的发展、完善，焊接模拟技术变得越来越重要，它不仅能够有效地提高产品的经济效益，还可以节省大量的时间。
T型接头焊接温度场的有限元模拟
文章编号:1008-3812(2004)04-0041-03T 型接头焊接温度场的有限元模拟韩海玲赵 波李茂福(辽宁省交通高等专科学校,辽宁沈阳 110122) 摘 要 本文基于通用商业有限元软件ANSYS ,对T 型接头温度场进行模拟分析,从而得出了与经典理论相符合的结果。
关键词 焊接温度场有限元模拟分析中图分类号:TG 40 文献标识码:B1 问题的提出目前的计算机仿真主要集中在一些小的或简单的薄板结构,再者大型构件焊接过程的计算机仿真往往采用解析法、二维有限元模拟或需要与试验相结合进行数值模拟的方法,而对大型构件的三维有限元模拟论述较少。
本论文就对T 型接头的三维温度场进行模拟分析。
2 理论依据对于任何一种固体材料,假定其求解域V ∈R 3,则V 内任何一点的瞬态温度T (x ,y ,z ,t )应满足如下微分方程[1]:ρc 5T 5t =55x (λ5T 5x )+55y (λ5T 5y )+55z (λ5T 5z)+Q (t ≥0)(1.1)式中Q (x ,y ,z ,t )为求解区域V 中的内热源强度,λ为导热系数,ρ和c 分别为材料的密度和比热。
3 焊接温度场的简化收稿日期:2004-10-21作者简介:韩海玲,毕业于沈阳工业大学,硕士,讲师。
赵波,毕业于沈阳工业大学,硕士,教授。
李茂福,毕业于西安公路学院,教授。
3.1熔化极的选取为了精确的模拟热源,本文采用熔化极焊接,由于多道焊,所以可采用“生死”单元来模拟。
ANSYS 中单元生死起作用并不是将杀死的单元从模型中删掉,而是将刚度(或传导,或其它分析特性矩阵乘以一个很小的因子[2,4]。
所以,“死”单元的单元载荷、质量、阻尼、比热、弹性模量等效果都设为0值。
在本文的计算过程中,利用单元“生死”的原理,假设母材熔化时的弹性模量和屈服强度很低(传导系数和比热等物理性能不变,这样将不影响温度场的计算)。
在高温熔融状态下,因为定义的弹性模量和屈服极限较小,所以熔化区域的应力很小,它对整个焊接应力场的模拟影响很小。
T形接头焊接过程的数值模拟
T形接头焊接过程的数值模拟
孙志鹏;卢玉秀;翟永军;王欣
【期刊名称】《金属加工（热加工）》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】T形接头作为一种有代表性的焊接接头,在压力容器、锅炉、起重机等设备中被广泛应用,但由于其结构的突变,在焊接接头位置容易出现应力集中现象,成为设备使用过程中的薄弱部位,所以保证T形焊接接头的焊接质量对整体设备的安全性至关重要。
采用有限元分析软件对T形接头焊接过程进行数值模拟,分析焊接过程中的温度场和应力场变化,为T形接头的焊接提出合理化的建议。
【总页数】4页(P38-41)
【作者】孙志鹏;卢玉秀;翟永军;王欣
【作者单位】泰安市特种设备检验研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TH2
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基于COMSOL模拟的T形接头对接电阻焊与双面焊的比较
基于COMSOL 模拟的T 形接头对焊与双面焊的比较摘要：本文利用有限元法对高斯热源的移动焊接进行数值模拟，通过分析焊接过程中的数据图像，研究了对焊与双面焊（同向）两种焊接方法对T 形接头焊接结果的影响。
主要考虑了温度变化，应力变形，总位移等方面的区别。
关键词：T 形接头，应力变形，温度，数值模拟Comparison of T joint butt welding and double-sided weldingbased on COMSOL simulationAbstract ：In this paper, the finite element method is used to simulate the welding movement of Gauss heat source. By analyzing the data and images in the welding process, the influence of two welding methods of butt welding and double side welding (syntropy) on the welding results of T joints is studied. The difference in temperature, stress, deformation and total displacement is mainly considered. Key words ：T joint, stress and deformation, temperature, digital simulation1.数值模型及焊接条件 1.1焊件模型及热物理参数为了模拟T 形接头对焊与双面焊的差别，建立的焊件有限元三维模型及网格划分如图所示。
翼板尺寸（XYZ ）为200mm ×100mm ×10mm ，腹板尺寸为10mm ×100mm ×80mm 。