基于ANSYS焊接变形有限元数值模拟分析
毕业论文使用ANSYS有限元分析软件对不锈钢与紫铜焊接过程温度场应力场分布模拟
Finally, the temperature and stress field indirect coupling method is used to simulate the welding stress field by applying the results of temperature field analysis as temperature loads on the model. After that, the results of stress field simulation are analyzed.
Based on the analysis of stress field anddeformationof welding partsafter welding,the strength anddeformation checkingof welding parts is conducted in this paper. Thechecking resultsare: the welding parts are qualifiedand theweldingisfeasible.
Then, the simulation and analysis of welding temperature field is completed by building a finite element model of welding, using APDL to make programs of heatsource, applying element birth and death technology to simulate the successive generating of welding seamsand adopting "* DO—*ENDDO" language to realize the movement of heat source;
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。
为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。
本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。
随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。
在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。
对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。
二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。
焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。
因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。
焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。
熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。
焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。
为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。
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。
···‘－…＿·●·‘．．．·●··．’．·Ｉｔｏａｏ，，ｉＱ·吼··●··¨．·‘··．．¨●·．．．·．．¨．‘．·。·…·●··…·●··Ⅲ·●···．··●－·．¨·●·…¨ｋ…·●·．．．··●·…－’●··．－．·●·１．．＿·●－Ⅲ··●··．．··●··．¨·●·＿¨．－●·．．．．····．．．·●·．．１．·●·．．．．·●·．．．＿·●·…．·●·．．，．·●·…．·●·．．＿．．●．．¨．·●·－ｌ¨·●·¨＿．．●．．．．．．●．
ｇｇｍｍ－－嘉ｉ歹ｑ。。
（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
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。
本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。
同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。
2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。
设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。
分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。
三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。
同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。
2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。
这些约束条件将影响应力的分布情况。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。
分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。
同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。
四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。
结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。
同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。
2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。
这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。
基于ANSYS的焊接过程有限元模拟
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
Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｍｉｄｄｌｅ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｐｌａｔｅ ｓｕｒｆｉｎｇ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｓｔｒａｉｎ ｆｉｅｌｄｓ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＡＮＳＹＳ ｃｏｄｅ．Ｉｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｏｍｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｒｅｓｕｌｔ， ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．
温度场计算时， 将模型的对称面定义为绝热边 ·４２· Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍ ａｃｈｉｎｅ
界条件， 即
!Ｔ ＝０。
（２）
!ｎ
其他周围表面定义为换热边界条件， 即
λ !Ｔ !ｎ
＝α（Ｔａ－
Ｔｓ）。
（３）
式中 ｎ 是边界表面外法线方向； α 是表面换热系
数； Ｔａ 是周围介质温度； Ｔｓ 是物体表面温度。 换热系数α 包括对流表面换热系数和辐射表
数， 其数学定义为［４］
" Ｈ＝ ρｃ（Ｔ）ｄＴ，
（４）
建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接ansys应力有限元分析(详细图解分析)
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。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展，焊接技术已经成为一种关键的加工手段，被广泛应用于机械、船舶、航空和汽车等领域。
焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接质量和性能。
因此，通过数值模拟研究焊接过程中的温度场和应力分布具有重要意义。
本文利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟，分析温度场和应力的变化规律，为优化焊接工艺和提高焊接质量提供理论依据。
二、ANSYS在焊接模拟中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，具有强大的热-结构耦合分析能力。
在焊接模拟中，ANSYS可以通过建立三维模型、设定材料属性、加载边界条件等方式，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟。
通过ANSYS软件，我们可以更加直观地了解焊接过程中的温度分布和应力变化，为优化焊接工艺提供理论支持。
三、焊接温度场的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，设定材料属性，包括热导率、比热容、热膨胀系数等。
根据实际焊接工艺，设定加热速度、焊接速度、电流等工艺参数。
（二）温度场模拟与结果分析在设定的边界条件下，模拟焊接过程中的温度场变化。
通过分析温度场的分布规律，可以得出焊接过程中各部位的加热速度、峰值温度等信息。
结合实际工艺参数，可以优化焊接工艺，提高焊接质量和效率。
四、焊接应力的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定与温度场模拟类似，在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，并设定材料属性。
考虑到焊接过程中的热-结构耦合效应，需要设定材料的热弹塑性本构关系。
（二）应力模拟与结果分析在模拟过程中，考虑热-结构耦合效应，分析焊接过程中的应力分布和变化规律。
通过分析应力场的分布、大小和变化趋势，可以得出焊接过程中各部位的应力状态和变形情况。
结合实际工艺参数和应力分布规律，可以优化焊接工艺，减少焊接过程中的残余应力和变形。
五、结论本文利用ANSYS软件对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析(试题学习)
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。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，焊接技术作为制造行业中的关键工艺之一，其质量和效率直接关系到产品的性能和寿命。
因此，对焊接过程中的温度场和应力分布进行精确的数值模拟显得尤为重要。
ANSYS作为一种功能强大的工程仿真软件，被广泛应用于焊接过程的数值模拟。
本文将基于ANSYS，对焊接温度场和应力进行数值模拟研究，以期为实际生产提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，包括焊件、焊缝、热源等部分。
其中，焊件采用实体单元进行建模，焊缝则通过线单元进行描述。
热源模型的选择对于模拟结果的准确性至关重要，应根据具体的焊接工艺选择合适的热源模型。
2. 材料属性及边界条件根据实际材料，设定焊件和焊缝的热导率、比热容、热扩散率等物理参数。
同时，设定初始温度、环境温度等边界条件。
3. 数值模拟过程根据焊接过程的实际情况，设定加载步和时间步长，模拟焊接过程中的温度变化。
通过ANSYS的热分析模块，得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 耦合分析焊接过程中，温度场的变化会导致应力的产生。
因此，在ANSYS中，需要将在热分析中得到的温度场结果作为应力分析的输入条件，进行热-结构耦合分析。
2. 本构关系与材料模型根据材料的本构关系和力学性能，设定材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数。
同时，选择合适的材料模型，如各向同性模型或各向异性模型。
3. 应力分析通过ANSYS的结构分析模块，结合耦合后的温度场结果，进行应力分析。
得到焊接过程中的应力分布和变化情况。
四、结果与讨论1. 温度场结果分析通过ANSYS的后处理功能，可以得到焊接过程中的温度场分布图。
分析温度场的分布情况，可以了解焊接过程中的热传导和热扩散情况，为优化焊接工艺提供依据。
2. 应力结果分析同样，通过后处理功能可以得到焊接过程中的应力分布图。
分析应力的分布和变化情况，可以了解焊接过程中产生的残余应力和变形情况。
基于ANSYS的6082铝合金T形接头MIG焊的有限元模拟
：堇望皇堕窒： !兰
2．2焊接工艺参数
采用如 图3所 示的焊接 方向，通过 一次施焊完
成，氩气流量为24 L／mi n，焊接工艺参数见表l 。现
有的焊接热源模型中，文中选择移动的双椭球热源
模型来模拟MI G焊。
衰1焊接工艺参数
l 序号
l
I
l
2
l
3
焊接电流／／A 2 15 2 15 215
电弧 电压￡ W
焊接冷却后，选取焊缝线中点为采样点，在不
同的焊接 速度下，其温度 循环曲线如图5所示。从
图5可以看出，随着焊接 速度的增大，采样点最 高 温度明显降低，并且由于峰值处附近的曲线越来越
陡峭，说 明该点到达最 高温度的时间也 越短。
圈3 边界约 束
摘要：借助有限元分析软件ANSYS．模拟了60 82铝舍金T形接头MI G焊的焊接温度场和应力应变场。采用移动的双椭球热源模型模
拟MI G焊过程．并考虑到了母材6 082和焊丝ER5356 这2种材料随温度变化的热物理性能参数。通过3种不同的焊接速度模拟比较
发现，随着焊接速度的增大．温度场区域面积减小，熔池温度降低， 焊缝处纵向和横向残余应力均增大，热影响区和垂直于焊缝方向
图1有限兀 模型
1．2材料特性参数 材料的热物理性能参数为温度的函数，它对模
拟结果的精度有着很大的影响。焊接过程中母材和 焊丝都会经历一个先加热后冷却的过程，因此，需 要考 虑母材 6082铝 合金和 焊丝ER5356动 态的热 物
型呈翌也曼 堡! 垫呈 竺! 竺旦 ! 型：丝型 竺：! 坚翌 ：垫! !
100 200 300 400 500 600
温度" ac
( b) ER5356材料热物理性能
基于ANSYS的船舶复杂结构焊接变形预测研究
基于ANSYS的船舶复杂结构焊接变形预测研究作为一种重要的海洋交通工具，船舶在设计和制造过程中面临着诸多挑战，其中之一就是焊接变形问题。
焊接是船舶结构中不可或缺的连接方式，但焊接时会产生热量，导致结构发生变形，进而影响船舶的性能和安全。
为了解决这一问题，研究人员们借助ANSYS有限元软件，开展了一系列船舶复杂结构焊接变形预测研究。
首先，研究人员通过对焊接过程进行建模，确定了焊接时的热源位置和热量大小。
在模型建立过程中，考虑了船舶结构的复杂性，包括船体、甲板、桅杆等部件，并对焊接区域进行了细致划分。
然后，利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟，并得到了焊接过程中的温度场和热应力场分布。
通过分析焊接区域的温度和热应力变化，研究人员可以预测船舶结构在焊接后的变形情况。
在进行焊接变形预测时，研究人员还考虑了船舶结构的材料属性和几何形状对焊接变形的影响。
船舶结构通常采用高强度钢材，而不同材料的热膨胀系数和热传导性能差异会导致结构变形的差异。
此外，船舶的几何形状如曲率、厚度等也会影响焊接变形的程度。
通过将这些因素纳入模型中，研究人员可以更准确地预测船舶在焊接后的变形情况，并提出相应的控制策略。
除了对焊接变形进行预测，研究人员还通过仿真分析了不同焊接工艺参数对船舶结构变形的影响。
例如，焊接速度、焊接电流、焊接电压等参数的选择都会对焊接变形产生影响。
通过对这些参数的灵敏度分析，研究人员可以找到最优的焊接工艺参数组合，以最小化船舶结构的变形。
总的来说，基于ANSYS的船舶复杂结构焊接变形预测研究为船舶设计和制造提供了重要的参考。
通过对焊接过程的建模和仿真分析，研究人员可以更好地了解船舶结构在焊接过程中的变形情况，并提出相应的控制措施，以确保船舶的性能和安全。
随着计算机仿真技术的不断发展，相信在未来的船舶制造领域，基于ANSYS的焊接变形预测研究将得到更广泛的应用。
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应力有限元分析报告
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与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剩余应力分布。
剩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剩余应力相叠加，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与结构疲劳强度。
对构件进展焊接，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，称为焊接剩余应力。
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与焊接后构件变形与剩余应力分布分析，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剩余应力进展了分析。
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展温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接剩余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进展热分析，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。
基于ANSYS的有限元方法在焊接热效应分析中的应用
・试验与研究・
文章编号： "$$#P$#SGT#$$% ） $"P$$$RP$!
焊接技术
第 !! 卷第 " 期 #$$% 年 # 月
基 于 "#$%$ 的 有 限 元 方 法 在 焊 接 热 效 应 分 析 中 的 应 用
潘韧坚，张清辉，李 柯，汪中玮，肖逸峰
（ 湘潭大学 机械工程学院，湖南 湘潭 %"""$S ）
图! 有限元网格划分图
2 I J F/ GH)I?H0I ， F1GH)
（ @）
/.4
加载求解 首先要定义分析类型，对于焊接热效应的模拟
式中， F/ G 为传导矩阵，包含热导率、对流系数、辐射 率和形状系数； F1G 为 比 热 矩 阵 ， 考 虑 系 统 内 能 的 增
主要是运用瞬态热分析，但是由于焊接热效应初始 温度场是不均匀的且又是未知的，因此必须首先作 稳态热分析以确定初始条件。然后获得瞬态热分析 的初始条件，即焊接热过程的初始状况。最后设定 载荷步选项，即热效应的变化规律和持续时间，对 于焊接热源的计算可以参考如下处理：通常的焊接 方法如焊条电弧焊、钨极氩弧焊，采用高斯分布的 函数。对于电弧冲力效应较大的焊接方法，如熔化
开始
参数化建模 求解 后处理 提取状态变量及目标函数 不收敛 非最优， 修正设 计变量 循环
优化参数评定 收敛 最优 结束 图! 温度矢量图 图" 温度等值线图 图,
!)! 后处理 *+,-, 提供两种后处理方式： ./,0" ，可对整个
模型在某一载荷步 （ 时间点）的结果进行后处理： 读出某一时间点的结果，对结果进行矢量图显示、 打 印 列 表 等 后 处 理 ； ./,0#1 ， 可 对 模 型 中 特 定 点 在 所有载荷步 （ 整个瞬态过程）的结果进行后处理： 首先要定义变量，然后就可绘制这些变量随时间变 化的曲线。图 % 所 示 为 经 过 *+,-, 后 处 理 得 到 的 该 试 件温度矢量图，由此图可清晰看出热流的方向和密 度。 图 ’ 所 示 为 经 过 *+,-, 后 处 理 得 到 的 该 试 件 温 度 等值线图。由此图可以较准确地得到所关心区域的 温度场分布及其敏感温度段的存在时间&1(。 通过对后处理结果进行相变分析，可对焊接材 料的设计进行优化。通过对结果进行热 2 结 构 耦 合 分 析，可对焊接结构的设计进行优化。 基于 #$%&%的焊接热效应 ’#( 优化
基于ANSYS的X80管线钢焊接数值模拟
Ｗｅ ｌ ｄｉ ｎｇ Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｘ８ ０ Ｐｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎｅ Ｓｔ ｅ ｅ ｌ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳＹＳ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ，ｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ 。 ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ＡＮ Ｓ ＹＳ ｔ ｏ ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｏ ｕ ｔ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ
Ｌ ＵＯ Ｄｅ ｔ ｏ ｎ ｇ，Ｗ ＡＮ Ｆ ｕ ｗｅ ｉ， Ｗ ＡＮＧ Ｈａ ｉ ｙ ａ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｗｅ ｍ ｉ ￣ｏ ｆＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ５ ８ ０ ， Ｓ ｈ ｎｄ ａ ｏ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｃ ｈ ｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ － ｅ ｌ ｌ ｉ ｐ ｓ ｏ ｉ ｄ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｎ ｇ ｂ ｉ ｔ ｒ ｈ — ｄ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｗｅ ｌ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ，ａ ｎ ｄ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ＡＰ Ｄ Ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｃ ｙ ｃ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｏ ｆ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｅ ａ ｃ ｈ ｔ ｉ ｍｅ ａ ｎ ｄ
有限元分析模拟焊接过程中的变形和残余应力
接 变 形 和 焊 接 残 余 应 力 提 出预 防措 施 。
关键 词 ：焊 接 变 形 ；焊 接 残 余 应力 ； 应 力分 析 ； 热分 析 ； 有 限 元
中 图 分 类 号 ：ＴＧ４０６
文 献 标 志码 ：Ｂ
０ 前 言 焊 接 变 形 和焊 接 残 余 应 力 是 直 接 影 响 焊 接 结 构
收 稿 日期 ：２０１７—１２—２０
ｌ Ｉ 厂
謇
Ｉ
ｆ
、／
箜
６ ｅ
１ ０００
Ｉ ＿肤
６０。
２ 单 元 类 型 的 选 取 和 材 料 属 性 定 义
筒体 与法 兰 的焊 接 结 构 为轴 对 称 结 构 ．并 进 行 热 分 析 和 结 构 分 析 ．所 以 采 用 ＰＬＡＮＥ １３轴 对 称 单
ＫＸＸ ，
３ 几 何 模 型 和 有 限 元 模 型 的 建 立 几何 模 型为 二 维实 体模 型 ，采用 扫 略 网格 成 形 ，
根据 焊缝 尺 寸大 小 ，定义 网格 尺寸 大 小为 ３。有 限元 模 型如 图 ２所 示 。
图 ２ 有 限 元 模 型
相 关命 令 流如 下 ：
！几何 模 型和有 限元 模 型 的建 立
８Ｏ ．焊 接 质量 控 制 与 管 理 ． 文 章 编 号 ：１００２—０２５Ｘ（２０１８）０６—００８０—０４
焊 接 技 术 第 ４７卷 第 ６期 ２０１８年 ６月
有 限 元 分 析 模 拟 焊 接 过 程 中 的 变 形 和 残 余 应 力
赵 登 东
（哈 电集 团 （秦 皇 岛 ）重 型装 备 有 限 公 司 ，河北 秦 皇 岛 ０６６２０６）
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究摘要：本文通过使用ANSYS仿真软件，针对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。
首先，对焊接过程进行了理论分析，分析了焊接过程中的热传导、热传递和热辐射等因素对焊接温度场的影响。
然后，利用ANSYS软件对三维焊接模型进行了建模，并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程中的温度场和应力分布。
最后，通过对模拟结果的分析和讨论，总结了焊接温度场和应力分布的特点，并提出了一些改进措施，以提高焊接过程的质量和效率。
一、引言焊接作为常用的结合工艺，广泛应用于制造业和建筑业等领域。
在焊接过程中，温度场和应力分布的研究对于保证焊接接头的质量和可靠性非常重要。
传统的试验方法需要大量的时间和成本，而且难以观察到焊接过程中的内部情况。
因此，使用数值模拟方法对焊接过程进行研究具有重要意义。
二、焊接温度场的理论分析焊接过程中的温度场受到多种因素的影响，包括热传导、热传递和热辐射等。
热传导是由于焊接电弧产生的热量在焊缝和近场区域内的传递。
热传递是由于焊接电弧产生的热量在远场区域内的传递。
热辐射是由于高温熔池表面辐射的热量在焊接过程中的传递。
在理论分析中，需要考虑这些因素对温度场的影响，并建立相应的数学模型。
三、焊接温度场的数值模拟为了研究焊接过程中的温度场，我们使用ANSYS软件对三维焊接模型进行建模，并对焊接过程进行数值模拟。
首先，我们需要确定焊接材料的物理参数和边界条件。
然后，我们建立焊接模型，并进行网格划分。
接下来，我们通过设置焊接电弧的功率和时间来模拟焊接过程。
最后，我们得到了焊接过程中的温度场分布。
四、焊接应力场的理论分析焊接过程中的应力分布受到多种因素的影响，包括热应力、冷却应力和残余应力等。
热应力是由于焊接过程中的温度差异引起的，冷却应力是由于焊接材料的收缩引起的，残余应力是由于焊接材料的变形引起的。
在理论分析中，需要考虑这些因素对应力场的影响，并建立相应的数学模型。
基于某ANSYS的焊接过程模拟分析报告(含命令流)
基于ANSYS的某焊件两焊缝在顺序焊接过程中分析(含命令流)目录一、前言 (3)二、基本方法 (3)三、条件 (3)四、物理性能表 (3)五、基本数据 (4)六、分析结果 (4)七、附录： (4)一、前言本文是对一焊件两个焊缝的凝固过程的温度场进行分析，焊缝及两钢板的材料为钢。
二、基本方法使用有限元分析方法并且使用ANSYS分析软件。
采用三维八节点热分析SOLID70单元，利用生死单元技术，对两个焊缝连续凝固的过程进行分析，本分析分6步进行，首先杀死一个焊缝的所有单元，进行稳态分析，得到温度的初始条件；进行瞬态分析，分析右焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析右焊缝的凝固过程；激活焊缝的所有单元，进行短时间的瞬态分析，得到温度初始条件；进行瞬态分析，分析左焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析左焊缝的凝固过程。
分析时，采用英制单位。
三、条件初始条件：焊接件的温度为70℉，焊缝的温度为3000℉。
对流边界条件：对流系数0.00005 Btu/(s·in2·℉)，空气温度70℉。
四、物理性能表五、基本数据底板尺寸：2in×1.2in×0.34in上板尺寸：1in×1.2in×0.34in焊角尺寸：R=0.17in六、分析结果根据以上的有限元模型，完成对焊件的稳态分析，焊缝相变分析，焊缝凝固分析后，得到温度分布图，见附录。
七、附录：分析模型：网格化分：温度分布图（1s）：温度分布图（2s）：温度分布图（100s）：温度分布图（1000s）：温度分布图（1001s）：温度分布图（1100s）：温度分布图（2000s）：焊接过程中温度随时间变化曲线图：命令流：FINISH/FILNAME,QMH/PREP7ET,1,SOLID70MP,KXX,1,.5e-3MP,C,1,.2MP,DENS,1,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,1,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 MP,KXX,2,.5e-3MP,C,2,.2MP,DENS,2,.2833MP,KXX,3,.5e-3MP,C,3,.2MP,DENS,3,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,3,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 BLOCK,-0.17,0.17,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.17,0.34,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.34,1,0,0.34,0,1.2BLOCK,-0.17,0.17,0.34,0.51,0,1.2 BLOCK,-0.17,0.17,0.51,1.34,0,1.2 WPAVE,0.17,0.34,0CYLIND,0.17,0,0,1.2,0,90WPAVE,0,0,0CSYS,0FLST,3,3,6,ORDE,3FITEM,3,2FITEM,3,-3FITEM,3,6VSYMM,X,P51X,,,,0,0VGLUE,ALLVPLOT,ALL VATT,1,1,1 VSEL,S,,,1 VSEL,A,,,12,17,1 VATT,2,1,1 VSEL,S,,,11 VATT,3,1,1 ALLSEL,ALL ESIZE,0.05 VSWEEP,ALL ESEL,S,MAT,,3 TOFFST,460 EKILL,ALL ALLSEL,ALL/SOLU ANTYPE,TRANS TIMINT,OFF ESEL,S,MAT,,1 NSLED,ALL,TEMP,3000 NSEL,INVED,ALL,TEMP,70KBC,0ALLSEL,ALLSOLVEDDELE,ALL,TEMP TIMINT,ON TINTP,,,,1TIME,100 DELTIME,1,0.5,10 AUTOTS,ONKBC,1OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,ALL ASEL,S,EXTASEL,S,EXTASEL,U,LOC,Y,0 SFA,ALL,,CONV,5E-5,70 ALLSEL,ALLSOLVETIME,1000 DELTIME,50,10,100 AUTOTS,ONEALIVE,ALL ALLSEL,ALL ESEL,S,MAT,,3 NSLED,ALL,TEMP,3000 TIME,1001 DELTIME,1,1,1 ALLSEL,ALL SOLVEDDELE,ALL,TEMP TIME,1100 DELTIME,1,0.5,10 SOLVETIME,2000 DELTIME,100,10,200 SOLVE/POST1 SET,,,,,,,1 PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,25 PLNSOL,TEMP,,0PLNSOL,TEMP,,0SET,NEXTPLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,58PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,64PLNSOL,TEMP,,0/POST26NSOL,2,4727,TEMP,,TEMP_2 STORE,MERGENSOL,3,4752,TEMP,,TEMP_3 STORE,MERGENSOL,4,4808,TEMP,,TEMP_4 STORE,MERGENSOL,5,4833,TEMP,,TEMP_5 STORE,MERGENSOL,6,4883,TEMP,,TEMP_6 STORE,MERGENSOL,7,4908,TEMP,,TEMP_7 STORE,MERGENSOL,8,5088,TEMP,,TEMP_8STORE,MERGENSOL,9,5308,TEMP,,TEMP_9 STORE,MERGE/AXLAB,X,TIME/AXLAB,Y,TEMPERATURE /XRANGE,0,2000 PLVAR,2,3,4,5,6,7,8,9/EXIT,NOSAV。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程领域的不断发展，焊接技术已成为生产制造过程中重要的工艺手段。
在焊接过程中，温度场和应力的变化对焊接质量、产品性能及使用寿命具有重要影响。
因此，对焊接过程中的温度场和应力进行准确预测和控制，对于提高产品质量和优化生产过程具有重要意义。
本文基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究，旨在为实际生产过程中的焊接工艺优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先，根据实际焊接过程，建立三维有限元模型。
模型中应考虑焊缝、母材等关键部分的几何形状和材料属性。
同时，为提高计算效率，可对模型进行合理简化。
2. 材料属性及热源模型在模拟过程中，需要输入材料的热导率、比热容、热扩散率等热物理参数。
此外，选择合适的热源模型也是关键。
本文采用高斯热源模型，该模型能较好地描述焊接过程中的热输入分布。
3. 数值求解利用ANSYS软件的热分析模块，对焊接过程中的温度场进行数值求解。
通过设定合理的初始条件和边界条件，求解出焊接过程中的温度分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 模型转换在得到温度场分布后，将热分析结果作为应力分析的初始条件。
将热分析模型转换为应力分析模型，并设定相应的材料属性。
2. 应力分析利用ANSYS的应力分析模块，对焊接过程中的应力进行数值模拟。
考虑焊缝收缩、母材约束等因素对应力的影响。
通过求解，得到焊接过程中的应力分布。
四、结果与讨论1. 温度场分析通过数值模拟，可以得到焊接过程中的温度场分布。
分析温度场的变化规律，可以了解焊接过程中的热输入、热传导及热扩散等情况。
同时，还可以预测焊接过程中的潜在问题，如热裂纹、热变形等。
2. 应力分析根据应力分布结果，可以了解焊接过程中产生的残余应力。
残余应力对产品的性能和使用寿命具有重要影响。
通过分析残余应力的分布和大小，可以为优化焊接工艺提供依据。
此外，还可以考虑采用相应的工艺措施，如焊后热处理、优化焊接顺序等，以降低残余应力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.4x10-5
1.3x10-5
1.2x10-5
0
1000
温度(℃)
图 2 Hast X 材料的线膨胀系数随温度的变化曲线图
2 有限元模型的建立
内环与马鞍焊接组件是薄壁件，在长度和厚度方面比例相差较大。生成节点和单元的网 格划分过程包括三个步骤：(1)定义单元属性；2)定义网格生成控制；3)生成网格。为保证计 算精度和提高计算速度，将其划分成非均匀的网格，在焊缝处局部进行网格加密处理，内环 与马鞍焊接组件网格化图见图3。有限元模型选用8节点的三维实体单元，共划分10194个节 点，34503个网格单元。
图 4 施加热载荷图
通过模拟分析，可以看出，焊接过程中，焊接温度的分布比较集中，主要分布在焊接热 源附近，最高温度值为1792℃，温度的实测值为1765℃可见温度场的数值模拟结果还是比较 准确的。而温度场的准确模拟是进一步计算焊接应力与变形的基础。研究还发现焊缝附近存
在比较大的温度梯度，而经典的焊接结构理论表明，比较大的温度梯度会使结构在焊接完成 后在焊缝内部及其附近区域产生比较大的残余塑性应变，进而由于结构的协调作用而产生比 较大的焊接残余变形，影响结构的使用及装配[4]。
基于 ANSYS 焊接变形有限元数值模拟分析
曹勇, 潘宝山
（沈阳黎明发动机有限责任公司）
摘要：环形薄壁焊接结构在生产实践中有着广泛的应用。在现行工艺条件下统计火焰筒衬套组件焊接变 形的基本规律。并采用有限元分析软件 ANSYS 模拟火焰筒衬套组件焊接过程，模拟了马鞍与内环 焊接过程的温度场及变形情况；模拟结果表明：径向的最大变形为 0.494mm，而在其对应的 180 °处变形为 0.756mm。通过理论计算在内环与马鞍焊接后径向最大的变形为 1.25mm，与实际焊后 测量结果相符合。总结模拟变形规律，为控制焊接变形的措施提供理论依据。
单独靠改善焊接工艺来减小变形，是很难实现的。采用大型有限元分析软件ANSYS模 拟火焰筒衬套组件焊接过程，模拟了马鞍与内环焊接过程的温度场及变形情况，总结变形规 律，为通过焊接工装夹具控制焊接变形的措施提供理论依据及数据基础。
模拟软件对不同焊接情况下的焊接变形进行模拟。依据模拟结果，选取能最大减小焊接 变形的工艺方法，减少工艺装备种类及数目，缩短设计周期，而且节省试验经费，提高经济 效益。
关键词：ANSYS；数值模拟；焊接变形
0 引言
ANSYS是大型通用有限元软件之一。基于其自动网格划分功能，尤其是自适应网格划 分技术，进行二次开发，对于处理氩弧焊接数值模拟具有独特的优势；它强大的非线性分析 功能可以有效地模拟氩弧焊接非线性过程；后置处理器可以很方便地将计算结果进行彩色等 值、矢量图和梯度等多种直观显示[1]。由于ANSYS具有以上功能及其可靠性以及可开放性等 特点，应用该软件模拟焊接过程越来越受到人们的关注。
参考文献：
[1]В.А.Виноуров. Сварочнъте деформадии и Нал ряжения. Мосва Машнностроение[M]. 1978:73-78.
[2] 李冬青, 孟庆国, 陶军，等. 焊接动态位移场的建模与数值模拟[M]. 2002:3-21. [3] 中国机械工程学会焊接学会编. 焊接手册 第 3 卷[M]. 2001:233-237. [4] 沈鸿.机械工程设计手册[M]. 1982:21-32. [5] 陈丙森. 焊接手册 焊接结构 第 3 卷[M]. 2002:354-367.
1 材料的物理性能分析
材料的物理性能直接影响到焊接过程及其相应的应力与变形的模拟精度，尤其是材料参 数随着温度的变化关系对于焊接过程的数值模拟影响尤为剧烈。材料的线膨胀系数、弹性模 量、屈服强度、热导率随温度的变化而变化。密度一般随着温度的变化不是十分明显，这里 选取20℃时[2]，相应的焊接材料的密度作为计算过程中的密度数据。焊接材料N263高温合金 的密度为8350Kg/m3，Hast X高温合金的密度为8280Kg/m3。泊松比随温度的变化不明显，这 里选取泊松比为0.3。N263高温合金和Hast X高温合金的热物理参数如图1和图2所示。
马鞍
图 3 网格化图
内环
3 焊接温度场对焊接残余变形的影响
内环与马鞍焊接组件数值模拟主要研究改变氩弧焊焊接后对焊缝位移场的影响，热源是 通过假设焊缝单元的内部热生成模拟施加于焊缝处。假设焊接的热源效率为0.7，室温下的 辐射率为7X10-8W/m2K4，热载荷施加在焊缝处节点上，见图4，并在规定时间内完成焊接工 作。室温为20℃[3]。
4 焊接变形模拟结果分析与讨论
在进行有限元计算时，材料模型选为热弹塑性，属于材料非线性，材料的屈服遵循 Von mises 屈服条件。焊接时，焊缝及其周围附近区域因热膨胀受到周围较低温度金属的约束， 产生大量的塑变，冷却后焊缝及其附近存在的残余塑变，其大小和分布就决定最终的残余应 力和变形[5]。
图 5 所示，内环与马鞍焊接组件模拟结果，MX 的最大变形为 0.494mm，在其对应的 180°处变形为 0.756mm，通过计算在内环与马鞍焊接后径向最大的变形为 1.25mm，与实 际模拟结果相符合。由此可见，内环与马鞍焊接组件模拟图与实际值吻合良好。
6 结论
通过对火焰筒衬套组件上的对接、角接、塞焊等焊缝产生的特殊变形规律进行了理论分
析，采用合理的焊接工艺参数，在有限元模拟结果的指导之下，有针对性的设计不同的装焊
夹具，有效地控制焊接变形。采用有限元分析软件 ANSYS 模拟火焰筒衬套组件焊接过程， 模拟马鞍与内环焊接过程的温度场及变形情况；模拟结果表明，MX 的最大变形为 0.494mm， 在其对应的 180°处变形为 0.756mm，通过计算内环与马鞍焊接后径向最大的变形为 1.25mm，与实际焊后测量结果相符合，。利用焊接前反变形法及焊接夹具刚性固定法有效地 克服焊接收缩变形大的问题。通过使用焊接夹具，使内环圆度变形 1mm 降到 0.3mm，焊接 变形减小 0.7mm。由此可见焊接变形模拟分析对控制焊接预变形起到了良好的作用。
线膨胀系数 (℃-1)
1.9x10-5
1.8x10-5
1.7x10-5
1.6x10-5
1.5x10-5
1.4x10-5
1.3x10-5
1.2x10-5
1.1x10-5 0
200
400
600
800
1000
温度(℃)
图 1 N263 材料的线膨胀系数随温度的变化曲线图
1.6x10-5
1.5x10-5
线膨胀系数(℃-1)
图 5 内环与马鞍焊接完成后变形图
5 马鞍与内环焊接变形数值分析
(1) 采用有限元分析软件 ANSYS 模拟火焰筒衬套组件焊接过程，模拟马鞍与内环焊接 过程的温度场及变形情况，总结变形规律，为设计焊接工装夹具控制焊接变形的措施提供理 论指导；
(2) 内环与马鞍焊接组件模拟结果，MAX 的最大变形 0.494mm，在其对应 180°处变形 为 0.756mm，计算得知内环与马鞍焊接后径向最大的变形为 1.25mm，与实际焊后测量结果 相符合。