有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的作用
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0 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.河流和陆上融化的冰川给北冰洋带来的源源不断的淡水加剧了这一区域的脆弱性，因为淡水更难中和二氧化碳酸化效应。
有研究者指出，北欧的海洋酸化范围非常广，其表层的海水酸化最快，深层的海水则更慢一些。
科学家表示，流入北冰洋地区的大型河流因其流量大会形成巨大的集水区域。
由于淡水和海水的混合较慢，因此在一些地方产生了淡水覆盖在海水上层的情况。
淡水降低了能够缓和PH值变化的离子的浓度。
海洋冰川相当于是北冰洋面的一个盖子，所以冰的融化将加速海水吸收二氧化碳。
1）链路的稳定性评估.考虑到道路的宽度是可以忽略的，所以拓扑的变化很多时候是由于速度以及方向的变化所引起的，严重影响了链路的稳定性.本文利用相对位移的变化量来衡量节点间链路的稳定性.节点周期性的广播信标数据包，使得节点间的距离很容易利用以下公式得到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.图 1 T形接头焊缝截面对比Fig. 1 Cross section comparison of T-joint welds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.图 3 牵引梁实物图Fig. 3 Traction beam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.图 5 接头形式及编号(mm)Fig. 5 Forms and numbering of welded joints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28329.71.685 C02复合焊 22529.71.684 D01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 T010.084 T02 0.064 C010.060 C020.075 D010.060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 等效载荷法万科董事会主席郁亮表示，万科非常重视此次与太古的业务合作，借此不仅希望能够向太古学习借鉴、取长补短，更希望双方未来在更广泛领域加强合作交流，包括在粤港澳大湾区建设等国家战略规划中共同寻找合作契机、发挥重要作用。
焊接工艺模拟分析软件SYSWELD
变形
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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
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应力场
热应变
塑性应变
屈服应力
应力
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应力结果
σz
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适当修改焊接参数可以减少应力热裂纹 的产生
σz
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2. 列车转向架电弧焊变形控制
•采用手工电弧焊 •焊接速度5mm/s，电 压26V，电流280A，热 输入效率80% •4道焊缝 •焊缝总长达到近8m •采用混合网格 •焊接时两端装卡 •焊接完后释放装卡
焊接工艺模拟分析软件SYSWELD
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主要内容
SYSWELD介绍 软件特色 软件功能及应用实例
热处理 焊接 焊接装配
总结
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应用领域
3D
5.焊后热处理
回火前
回火后
500℃回火 一段时间 拉应力减少
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焊接装配高级模块 PAM-ASSEMBLY
独特的“local-global”方法，用局部模型进行完整的焊接 模拟，结果映射到整体模型上，节省大量计算时间
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。
有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的作用
有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的作用
华鹏;孙俊生
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】本文对数值模拟技术的应用和发展作了展望.介绍了大型有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的应用.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】华鹏;孙俊生
【作者单位】山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061
【正文语种】中文
【中图分类】TG4
【相关文献】
1.焊接变形与基于SYSWELD的焊接力学数值模拟 [J], 熊建坤;陈达平;张从平;徐健;伍敏
2.基于SYSWELD压滤机滤框焊接变形数值模拟 [J], 周三平; 王恒; 郑宏涛
3.基于SYSWELD软件T型接头焊接温度场的数值模拟分析 [J], 陈俊安;崔建峰;李峰超;王乐;赵宏伟
4.基于SYSWELD的X80管线钢焊接接头温度场的数值模拟 [J], 田万鹏
5.基于SYSWELD的铝合金厚板多层多道焊焊接温度场和焊接变形的数值模拟 [J], 杨仲林;王陆钊;鲁二敬;李充;于岩
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有限元法在激光焊接模拟中的应用
有限元法在激光焊接模拟中的应用XXXX（北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京，100191）摘要：本文简要介绍了有限元法的基本理论，结合激光焊接数值模拟给出了有限元法实现焊接模拟的主要步骤，阐述了国内近10年激光焊接数值模拟的研究现状。
关键字：有限元法；激光焊接；高斯热源；研究现状Application of Finite Element Methodin the Simulation of Laser WeldingXXXX（School of Mechanical Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China）Abstract: The basic theory of finite element method is discussed in this paper, the main steps of applying the finite element method to solve the numeric simulation on welding is given out in the example of numeric simulation on laser welding. At last, the development of numeric simulation on laser welding in the latest 10 years is concluded.Key Words: Finite element method, Laser welding, Gauss heat sources, Development0引言激光焊接是利用高能量密度的激光作为热源的一种高效精密的焊接方法。
它是一个快速而不均匀的热循环过程，焊缝附近出现很大温度梯度。
激光焊接后，其结构将出现不同程度的残余应力，并引起焊件变形，直接影响焊接结构的质量和使用性能。
Sysweld在焊接工艺仿真中的应用
Sysweld在控制焊接变形方面的应用
1.Sysweld在设计中的应用 （1）选择合理的焊缝形状和尺寸 （2）合理安排焊缝位置 2.Sysweld在工艺中的应用 （1）留余量法：主要用于控制角变形和弯曲变形 （2）刚性固定法： （3）合理地选择焊接方法和焊接参数： （4）热平衡法： （5）散热法： 3.Sysweld在矫正焊接变形中的应用： 火焰加热降低焊接变形量
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Sysweld工作流程 -材料热学参数数据库的建立
Thermal conductivity (KX) ：热导率，各相之间都不一 样；从室温到固相线温度间取值； Specific Heat（C）：比热；从室温到熔点间取值； Density (RHO) ：密度，各相之间都不一样；从室温到 熔点间取值； Reaction ：定义的加热、冷却过程的冶金材料行为，即 材料的CCT曲线；
热力学 （温度场）
力学 （应力和变形 场）
相变引起相变 相变应力
金相学
（显微组织状态 场）
图中箭头表示的是相互影响；实线箭头表示强烈的影响；虚线箭头表 示较弱的影响。
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绪论-SYSWELD理论基础
计算方法
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Sysweld工作流程 -网格的建立
Sysweld前处理软件可以快速便捷的生成焊接求解中需要 用到的各种类型网格。 提供了和其他软件之间的丰富数据接口，可以导入Proe、 UG、Catia、Solidworks、autocad等软件中生成的模型文 件进行网格处理。对Hypermesh、Ansys等软件中生成的网 格也可以导入进行再处理。 可以方便的进行换热、材料属性赋予、焊接线等计算中需 要用的网格组的划分。 通过SYSWELD的前处理网格软件，可以用用户 节省大量宝贵的时间。
sysweld简介
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应用领域
SYSWELD 应用领域非常广泛，几乎涉及到各行各业的焊接 工艺，主要有：
汽车工业 造船工业 重工业 列车 核工业 钢铁 航空航天 ··· ···
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软件特点
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软件功能
1.评估材料焊接性
2.节省生产成本 3.优化焊接工艺
4.控制卡具位置
5.减少试验成本 6.改善产品质量 7.提高使用寿命
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底盘 – AlMgSi / AlMgMn
ME1 ME2 ME3 ME4
t = 16.4 s
t = 2.9 s t = 5.4 s
焊接方向
Courtesy AK (German Automotive Working Circle
底盘 – AlMgSi / AlMgMn
ME1 - Node 3530 - Temperature over Time
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考虑钢铁材料的金相转变
stra in
0.0 15
au steni tisati on
0.0 1
ma rten sitic tra nsformati on
+Initial, undistorted grid
Carbides dissolution Ferrite + Carbon
0.0 05
The more carbon dissolved at higher temperature, the more grid distortion at room temperature
solidworks 有限元 焊件 载荷+温度
solidworks 有限元焊件载荷+温度
Solidworks有限元分析软件是一款强大的工程仿真软件，可用于对焊接件进行载荷和温度分析。
有限元方法是一种常用的工程分析方法，它将实际的结构或装配体划分为许多小元素，每个小元素被认为是连续介质，通过数学上的离散化方法对其进行数值求解，从而得出结构的应力、应变及变形等工程参数。
焊接件在使用过程中，常常会受到各种载荷和温度的作用。
载荷是指外部施加在焊接件上的力或力矩，包括静态载荷和动态载荷。
静态载荷可以是永久作用在焊接件上的固定力或力矩，而动态载荷则是随时间变化的作用力。
温度是指焊接件所处环境的温度，并且焊接过程中也会产生瞬时的高温。
通过使用Solidworks的有限元分析功能，可以模拟和预测焊接件在各种复杂载荷和温度条件下的应力、变形和热变形情况。
这有助于工程师评估焊接件的性能和强度，优化设计，减少故障风险并提高整体质量。
综上所述，Solidworks有限元分析软件可以用于对焊接件进行载荷和温度分析，帮助工程师预测和优化焊接件的性能。
Q235钢CO2焊的SYSWELD焊接过程数值模拟及分析
81工程研究Engineering research■ 石秋红 张勤 邓开豪 苏玲娇 潘荣Q235钢CO 2焊的SYSWELD 焊接过程数值模拟及分析摘要：本文通过对Q235钢的CO 2焊焊接过程的sysweld 数值模拟得出了在一定焊接参数时，Q235钢平板对接焊的焊接温度场变化；焊接变形情况及焊接 应力情况。
此种方法可为焊接结构生产工程实践提供基础技术数据。
关键词：Q235钢；CO 2焊；焊接变形；数值模拟引言：焊接变形是焊接结构生产过程中不可避免的问题，且焊接变形对焊接结构的质量会产生极大的影响。
随着焊接结构在工业生产中的应用越来越广泛，焊接结构的变形问题日益突出。
[1]传统的控制焊接变形措施是通过实践经验积累和工艺试验等方法，制订较为合理的设计措施与工艺措施。
但焊接结构的多样性，凭积累工艺实验数据了解和控制焊接变形，既不切实际又成本昂贵同时费时费力。
Sysweld 焊接过程模拟可使焊接专业人员利用基础理论对焊接过程中的物理或化学现象的本质进行分析，进而通过模拟和计算得到定量的结果。
[2]Sysweld 有限元分析软件应用于焊接数值模拟，通过参数量的变化，与实验分析对比等手段相结合进行分析，结果用于指导生产实践，可为推广焊接工艺优化设计提供技术支持，具有工程实践意义。
1焊接模型建立Q235钢由于含碳量适中，强度、塑性和焊接等工艺性等综合性能较好，被大量应用于建筑及工程结构中。
Q235钢可以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、车辆、桥梁、容器、船舶、锅炉等。
而CO 2焊也由于该焊接方法的高效节能和低成本在工业生产中得到了大量的应用。
焊接对接接头型式结构简单，操作方便，受力性能好，被广泛应用在焊接结构中。
由此确定具有典型代表性的有限元模型如下：材料为Q235A；尺寸为200mm×100mm×6mm；焊接方法为CO 2焊。
焊接工艺条件：装配间隙为零，构件两边自由状态。
焊接工艺参数：焊丝：H08Mn2SiA；焊丝直径为Φ1mm。
SYSWELD焊接过程数值模拟的应用及发展前景
SYSWELD焊接过程数值模拟的应用及发展前景摘要：本文对近年来SYSWELD焊接过程数值模拟的应用情况作了概括介绍，总结了SYSWELD在应用中存在的问题，并展望其在焊接生产领域的发展前景。
关键词：SYSWELD；焊接模拟；发展前景引言仿真技术已成为早期预测产品设计、加工工艺性能、实际使用中可能产生问题的主要手段之一。
而SYSWELD已经成为焊接、热处理、焊接装配工艺模拟的先导。
它综合考虑了材料性能，设计因素，工艺条件。
能够揭示出包含在焊接、热处理、焊接装配中的复杂物理现象，从而降低产品成本和焊接结构的重量，能通过SYSWELD焊接模拟指出所有物理作用引起的构件变形和焊后残余应力，在产品设计最初阶段保证最大安全性，并控制加工工艺。
焊接关键是尽可能的减少和消除焊接变形，减少修复量，研究不同工艺下的构件耐久度等。
焊接工程师需要通过优化工艺类型及焊接工艺参数找到变形、残余应力和塑性变形的最佳结合点，研究它们对焊后材料性能和零件最终形状的影响。
而SYSWELD可以在如下几点帮助焊接工程师：①SYSWELD焊接模拟能够估测焊接构件最终变形量，因为装配结构需要按一定顺序进行连续焊或点焊，所以合理的焊接位置和焊接顺序是焊接装配工艺设计的关键；②SYSWELD焊接模拟能够预测并使焊接变形量最小化，从而提高产品的整体质量，降低成本；③SYSWELD焊接模拟能够使残余应力最小化，通过焊接模拟使应力梯度最小化是控制焊接工艺的有效途径；④SYSWELD能够研究几何敏感性、材料和工艺参数，尤其是在设计阶段，可以减少设计错误，避免了后期昂贵的工程修改；⑤优化焊接工艺，SYSWELD中可以定义焊接顺序，控制焊接工艺参数，如焊接速度、热输入量等等。
1 SYSWELD焊接过程数值模拟的应用近十几年来，大量工程技术人员和科研专家应用SYSWELD焊接模拟使其在焊接领域的应用得到了快速发展，总计有近1000多项的研究成果，特别在2012年有近100多项的研究成果，并且有很多成果在指导工程实践中发挥了重要作用。
有限元软件SYSWELD在焊接数值模拟中的作用
度发展条件下已经能够通过有限元法、有限差分法等方法对这些数学模型做到定量求解。
在有限元计算方面，现在已经有商业化的大型通用有限兀工具软件ＮＡＳＴＲＡＮ、ＭＡＲＣ、ＡＢＡＱＵＳ、ＡＮＳＹＳ等，还有专门用于分析焊接现象的软件，如ＳＹＳＷＥＬＤ（法）、ＨＥＡＲＴＳ（日）以及ＱＵＩＣＫＷＥＬＤＥＲ（日）等。
ＭＡＴＬＡＢ等软件包为进行各种数值计算提供了有力工具。
各国在焊接过程模拟方面已经做了大量工作，在生产中得到了许多应用成果。
【４Ｊ２．１ＳＹＳＷＥＬＤ软件的发展历程法国的Ｊ．Ｂ．Ｌｅｂｌｏｎ对相变时的钢的塑性行为进行了理论和数值研究，在研究的基础上发展了ＳＹＳＷＥＬＤ软件。
ＳＹＳＷＥＬＤ的开发最初源于核工业领域的焊接工艺模拟，当时核工业需要揭示焊接工艺中的复杂物理现象，以便提前预测裂纹等重大危险。
在这种背景下，１９８０年，法国法码通公司和ＥＳＩ公司共同开展了ＳＹＳＷＥＬＤ的开发工作。
由于热处理工艺中同样存在和焊接工艺相类似的多相物理现象，所以ＳＹＳＷＥＬＤ很快也被应２．２．１数据导人ＳＹＳＷＥＬＤ的操作环境ＳＹＳＷＯＲＬＤ也可直接建立几何模型和生成各种网格。
配合ＧＥ—ＯＭＥＳＨ几何网格工具，ＳＹＳＷＥＬＤ可以直接读取ＵＧ，ＣＡＴＩＡ的数据和接受各种标准交换文件图１用到热处理领域中并不断增强和完善。
随着应用的发展，ＳＹＳＷＥＬＤ逐渐扩大了其应用范围，并迅速被汽车工业、航空航天、国防和重型工业所采用。
１９９７年，ＳＹＳＷＥＬＤ正式加入ＥＳＩ集团，法码通成为ＳＹＳＷＥＬＤ在法国最大的用户并继续承担软件的理论开发与工业验证工作。
２．２ＳＹＳＷＥＬＤ简介ＳＹＳＷＥＬＤ完全实现了机械、热传导和金属冶金的耦合计算，允许考虑晶相转变及同一时间晶相转变潜热和晶相组织对温度的影响。
在具体计算中，分两步进行，首先实现温度和晶相组织的计算，然后进行机械力的计算。
在机械力计算中，已经充分考虑了第一步计算的结果，如残余应力和应变的影响。
SYSWELD的运行管道在役焊接热循环数值模拟
致裂纹敏感性 的 重 要 因 素。 因 此， 主要考察在役焊 接粗晶区 （图 (* 中 节 点 @’: ， 经 计 算， 管道内无流动 介质时的峰值温度 为 ’ 6’8 B ） 的 /+ , 5 ， /+ , ; 和 /+ , ’ 等 焊接热循环参数。
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热源模型及焊接工艺参数 由于双椭球 模 型 更 为 准 确
［*］ 。 因 而， 作者以水为运行 质进行在役 焊 接 的 研 究
介质 建 立 管 道 在 役 焊 接 的 数 学 模 型， 采 用 法 国 .+; 公司开发的焊 接 专 用 数 值 模 拟 软 件 +,+-./0 对 液 体管线在役焊接 的 温 度 场 进 行 了 数 值 模 拟， 重点探 讨了液体流速、 管道 壁 厚 和 焊 接 热 输 入 对 1*" 管 线
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套管修复及焊接接头示意图
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焊接工艺参数 2()3#&$ 4050*(’(5+
电弧电压 ",. (+ (+ (8 ;: 焊接速度 热输入
焊接模拟专业软件SYSWELD中文终极教程
焊接部分（使用软件版本visual-mesh6.1，sysweld2010，pam-assembly2009，weld-planner2009）一、软件安装说明软件包括visual-mesh6.1，sysweld2010，pam-assembly2009，weld-planner2009，其中pam-assembly2009，weld-planner2009统一叫做WeldingDE09，安装基本相同，点击setup，所有选项默认，点击next按钮，直到安装完成，点击finish。
所有安装完毕后，重启计算机，在桌面上出现ESI GROUP 文件夹，所有软件的快捷方式都在此文件夹内。
二、基本流程中小件焊接过程模拟分析的步骤是CAD->网格划分(Visual-mesh)->热源校核(sysweld软件中的Heat Input Fitting)->焊接向导(sysweld软件中的welding wizrad)->求解(sysweld slover)->后处理观察结果(sysweld)网格网格划分是有限元必需的步骤。
Sysweld的网格划分工具采用visual-mesh。
版本使用的是6.1Visual –mesh界面见下图对于形状简单的零件，可以在visual-mesh里面直接建立模型，进行网格划分，对于复杂的图形，需要先在CAD画图软件中画出零件的3维几何图形，然后导入visual-mesh软件进行网格划分。
Visual-mesh的菜单命令中的Curve，Surface，Volume，Node是用来创建几何体的命令，接下来的1D,2D,3D是用来创建1维，2维，3维网格的命令。
对于一个简单的焊接零件，网格创建的步骤为：●建立节点nodes●生成面surface●网格生成a)生成2D mesh 用于生成3D网格b)拉伸3D mesh 用于定义材料赋值及焊接计算c)提取2D mesh表面网格用于定义表面和空气热交换d)生成1D 焊接线，参考线用于描述热源轨迹●添加网格组a)开始点，结束点，开始单元用于描述热源轨迹b)装夹点用于定义焊接过程中的装夹条件下面以T型焊缝网格划分为例，说明visual-mesh的具体用法，常用快捷键说明：按住A移动鼠标或者按住鼠标中键，旋转目标；按住S移动鼠标，平移目标；按住D移动鼠标，即为缩放；按F键(Fit)，全屏显示；选中目标，按H键(Hide)，隐藏目标；选中目标，按L键(Locate)，隐藏其他只显示所选并全屏显示；Shift+A，选中显示的全部内容；鼠标可以框选或者点选目标，按住Shift键为反选；在任务进行中，鼠标中键一般为下一步或者确认。
基于SYSWELD软件的多束流电子束焊接过程的数值模拟
基于SYSWELD软件的多束流电子束焊接过程 * 的数值模拟
王西昌1，左从进1，崔启玉2，刘寒龙2，赵海燕3
（1.北京航空制造工程研究所 高能束流加工技术重点实验室, 北京, 100024） （2.法国ESI公司北京办事处，北京，100012 3.清华大学机械工程系，北京，100084）
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第五届中国 CAE 工程分析技术年会论文集
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图2
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热源模型
锥形热源模型不仅体现了能量在厚度方向上的衰减规律，也更好地体现了能量在电子作 用层及束流匙孔中的分配。实际焊接时能量先在工件表面电子作用层上聚集熔化金属，从而 形成较大的熔池，凝固后形成“钉子”头部；而后能量在束流匙孔中逐渐衰减形成较大的熔 深，凝固后形成“钉子”底部，见图 3a。图 3b 为采用 SYSWELD 软件进行热源校核之后，模拟 得到的电子束焊接的焊缝截面图。
3.1 温度场结果
整个求解计算过程共分为焊接和冷却两个阶段。 焊接过程共用 40s 完成， 然后冷却至 700s。 计算过程中载荷步的选择由程序进行自适应控制，即焊接过程非线性较强，适当减小步长， 而冷却过程在保证计算精度的同时，适当增大步长。图 6 为多束流电子束焊接过程中的温度 场分布。
图 6 焊接过程中的温度场分布
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第五届中国 CAE 工程分析技术年会论文集
单束流 纵向距离dx
350mm 280mm 230mm 180mm
纵向残余应力 /MPa
距焊缝中心距离 /mm
图 9 纵向距离对纵向残余应力的影响
辅助加热区产生一个拉应力峰，整体上残余应力形成一个较低拉应力状态下的分布。随着纵 向距离dx从180mm增大到280mm时，焊缝及近缝区残余应力相比较于单束焊逐渐减小，但从 280mm增大到350mm时，多束焊接相比较于单束焊接残余应力减小量逐渐减小。 3.2.2.3 辅助热输入的影响 如图 10 所示，取纵向距离 dx 取为 350mm，横向距离 dy 为 25mm，辅助热源能量分配从 38％增大到 47％，焊缝及其临近区的残余拉应力的降低效果。
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
热处理、焊接模拟软件Sysweld简介
独有的向导技术是SYSWELD迅速工业化地成功秘诀。简洁、易用而有条理的 向导指示，一步一步地引导用户完成复杂的热物理模拟过程。模拟向导能根据不同的工艺特征，自动智能化的选择求解器进行物理分析。
系统主要功能模块和模拟向导：
Heat treatment Advisor 热处理向导
Welding Advisor 焊接向导
SYSWELD的操作环境SYSWORLD也可直接建立几何模型和生成各种网格。配合GEOMESH几何网格工具，SYSWELD可以直接读取UG, CATIA的数据和接受各种标准交换文件(STL, IGES, VDA,STEP, ACIS等)。
能与大部分CAE数据接口
SYSWELD能兼容大部分CAE系统的数据模型，如NASTRAN，IDEAS，PAM-SYSTEM，HYPERMESH等。
应力
材料晶相变化后的屈服
强度
塑性变形
SYSWELD后处理提供的显示功能
云图显示
等高线或等高面显示
矢量显示
符号显示
X-Y曲线
断面显示
动画等
功能强大的后处理
ESI国际工程科学中国有限公司
SYSWELD的标准用户界面
材料数据
得益于长期的合作开发和工业验证，SYSWELD的材料数据库包含了热、与温度和相成分相关的异常复杂的机械和冶金材料数据库。在商业版本中，直接著名钢铁、铝合金和灰铁厂商的材料已经包含在内。
后处理
SYSWELD后处理提供的主要结果
温度场
加热与冷却速率
材料的晶相组织变形与Fra bibliotek曲SYSWELD的计算模型
SYSWELD的电磁模型允许模拟点焊和感应加热，并可实现能量损失和热源加载的计算模拟。SYSWELD扩散与析出模型可实现渗碳、渗氮、碳氮共渗模拟，先计算化学元素的扩散和沉积，然后再考虑对热和机械性能的影响。SYSWELD的氢扩散模型能计算模拟氢的浓度，预测冷裂纹的严重危害。
焊接仿真技术
关于SYSWELD的相关培训报告汇报人: 张建锋谭明明通过为期5天的SYSWELD软件学习操作，对SYSWELD软件的相关功能作用、操作过程、使用用户情况等有了粗略了解。
现将情况汇报如下：一、对SYSWELD软件的了解SYSWELD是ESI集团开发的一款专门用于进行焊接和热处理模拟分析的软件。
它能真实模拟产品在测试中的性能，精细协调制造过程与预期的产品性能间的关系，并评估环境对产品使用的影响，它的焊接模拟分析包包括有网格划分，焊接向导，解算器及一些必要的模块；集前后处理、解算功能于一体。
ESI集团是在法国巴黎上市的世界最大最著名的CAE软件公司之一。
ESI集团成功的关键在于使用真实材料物理特性，能够进行更真实的模拟，来代替耗时的物理样机尝试和纠错过程。
SYSWELD软件优势如下：1、SYSWELD在焊接方面专注于：手工、气保焊，MIG, TIG, 激光, 电子束焊接等模拟非标准点焊和摩擦焊焊接模拟大型结构件的焊接装配（组装拼焊）2、SYSWELD在热处理方面专注于：淬火，回火，退火，调质，表面硬化…渗碳，渗氮，热化学热处理回火…3、SYSWELD能够引导工程师实现：评估工件残余变形------优化焊接顺序和位置将残余应力降至最小及分布情况------控制过程使应力梯度和表面拉应力最小研究几何、材料和过程参数的敏感性-----在产品开发中减少开发成本优化焊接和热处理工艺过程------控制焊接制造参数诸如速度、能量（主要是电流电压）输入和很多其他参数。
由于它能很好地反应实际情况，目前SYSWELD在国内许多工厂和大学都在应用，如宝钢、内蒙一机、内蒙二机、成飞、沈飞、西安航空发动机集团有限公司、中信重工、中国核动力研究院、合肥等离子物理研究所、南车长江公司、四方车辆厂、南车戚墅堰车辆研究所、南车戚墅堰车辆厂、北车唐山车辆厂、725所、167厂、7102厂、西南交通大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、天津大学、山东大学、大连交通大学、中科院沈阳金属研究所等。
基于SYSWELD的列车转向架结构焊接数值模拟
摘要：列车的转向架是保证车辆运行品质与运行安全的关键部件，构架又是其最重要的组成承载部件。
因此，研究列车转向架焊接构架残余应力与结构强度的关系，具有非常重要的意义。
根据列车转向架构架建立其几何模型、划分网格、设置热源参数，采用ESI 焊接专业软件SYSWELD 对列车转向架构架结构焊接进行数值计算分析。
为优化工艺措施，调整应用多种焊接顺序工况进行模拟，并进行对比。
关键词：SYSWELD ；转向架；构架；双椭球体热源模型中图分类号：TG 409文献标识码：A 文章编号：1001－2303(2012)10－0025-03第42卷第10期2012年10月Vol．42No．10Oct ．2012Electric Welding Machine孙传政，潘亦苏，罗征志(西南交通大学，四川成都610031)Numerical simulation of welding for the bogie structure of rolling stockbased on SYSWELDSUN Chuan-zheng ，PAN Yi-su ，LUO Zheng-zhi (Southwest Jiaotong University ，Chengdu 610031，China )Abstract ：the bogie of rolling stock is a key part to ensure riding quality and operation security of a train,of which the frame is themost important bearing component.It makes a lot of sense to research welding and the relation between welding residual stress and structural strength of the frame of the bogie.After building its three-dimensional model,mesh and setting the heat source parameter,it is performed with SYSWELD software to simulate numerically welding for the bogie structure of rolling stock,and the result matches with experimental results well.To optimize the technology,there are some kinds of welding process simulated and compared with others to show the optimum one.Key words ：SYSWELD ；bogie ；frame ；numerical simulation 收稿日期：2012－03－22收稿日期：中央高校基本科研资金资助项目(SWJTU09ZT23，SWJTU09BR102)作者简介：孙传政(1985—)，男，湖南常德人，硕士，主要从事焊接数值模拟研究工作。
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专论与综述
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有限元软件 -.-/012 在焊接数值
山 东 机 械
模拟中的作用
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C D$本文对数值模拟技术的应用和发展作了展望 " 介绍了大型有限元软件 -.-/012 在焊接数值模拟中的应用
有限元 焊接
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& 上接第 0 页$ 的电子企业 纷纷加大了 对无铅钎 料的研究 " 现在的无铅钎料在性能和应用上有很 多问题 !但是一旦关键的问题得到解决 ! 无铅钎料 的应用将会一日千里 " 我国是家电出口大国 !许多 家电已经打入国际市场 " 目前我国还没有自主知 识产权的无铅钎料 !这在很大程度上将受制于人 " 为此我国的电子以及材料行业应该着力从以下方 面去做( # $$ 密切跟踪国际上无铅钎料的最新进展和 研究成果 % & %$ 开发有自主知识产权的无铅钎料 ! 并对其 展开质量和可靠性评定 % & )$ 同时应注意相应助焊剂的研制 ! 以及相应 钎焊工艺参数的制订 % & *$ 结合各高校 ’ 科研院所及电子器件生产厂 家 !从多方面入手来解决问题 "
专论与综述
#$ % & ’ "(% ’ ") % "#* ’ + ", $ %
成功秘诀 % 简洁 ’ 易用而有条理的向导指示 ! 一步 一步地引导用户完成复杂的热物理模拟过程 % 模 拟向导能根据不同的工艺特征 ! 自动智能化的选 择求解器进行物理分析 % 系统主要功能模块和模
陷问题 % EbE=3Nc 软件正式体现了这些特点的 软件 % 经过多年的研究 ! 中国已经形成了一批比较 成熟的准商业化软件 ! 但与发达国家相比 ! 有较大 的差距 % 应尽量学习国外的技术 ! 加快数值模拟软 件的开发 % 要重视与物理模拟和测试技术的配合 使用 !提高数值模拟的精度和速度 ! 要加强焊接数 值模拟基础理论及缺陷形成原理的研究 ( 另外中 国的目前有些领域的研究工作已接近或达到国际 先进水平 ! 如焊接凝固裂纹精度评价技术及开裂 判据等 % 应该瞄准目标 ! 集中优势力量 ! 争取做出 更大的成绩 %
焊接是一个涉及许多学科的复杂的物理 ( 化 学过程 !描述焊接过程的变量数目繁多 ! 凭积累工 艺实验数据了解和控制焊接过程 ! 既不切实际又 成本昂贵和费时费力 " 随着计算机技术的发展 !计 算机模拟方法为焊接科学技术的发展创造了有利 条件 " 人们逐渐对于发生于熔池内部 ! 不能通过
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广应用无疑为数值模拟的发展提供了很好的技术 平台 "
%2%2*OO模型设置
高效友好的用户界面 ! 用户能将精力集中于 物理问题 !而非耗散在软件使用上 ( 独特的工艺向 导技术 & CPK;?98$ R将复杂的物理问题简单化 ! 条理 化 ! 事半功倍 ( 对于工业用户 ! 向导模板可以解决 超 过 0’e 的 工 业 问 题 ( 对 于 高 级 用 户 ! 高 级 模 块 & 3fY587<g?58$ 可 以 满 足 各 种 独 特 的 需 求 ! 内 置 的
+%-< 董 红 刚 ! 高 洪 明 ! 吴 林 ijk"3!ZWE 在 焊 接 热 过 程
数 值 模 拟 中 的 应 用 现 状 +‘-l 第 十 次 全 国 焊 接 会 议 论 文 集 & 第二分册$ R<%&&,R<kmnZo&&’2
EZN 语言可实现无限的用户接口和软件客户化 % !" " %&’()*+,-.//0
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随着计算机软硬件技术的快速发展 ! 引发了 虚拟制造技术的热潮 ! 这其中制止模拟软件的推
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专论与综述
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度发展条件下已经能够通过有限元法 " 有限差分 法等方法对这些数学模型做到定量求解 # 在有限 元计算方面 ! 现在已经有商业化的大型通用有限 元 工 具 软 件 !()*+(!",(+-"(.(/0)"(!)1) 等! 还有专门用于分析焊接现象的软件!如
今天焊接数值模拟技术正进入到温 度场 ’ 电 场 ’ 流场 ’ 应力应变场 ’组织模拟的耦合集成阶段 ( 它可以解决现在难度较大的专用特性问题 ! 包括 解决特种焊接模拟及工艺优化问题 ! 解决焊接缺
+)-O 武 传 松 编 著 p 焊 接 热 过 程 数 值 分 析 +q-r 哈 尔 滨 )
哈尔滨工业大学出版社 !$00&($U ’2
)1)2345 $ 法 % &63(+*) $ 日 % 以 及 /07-89 23453+ $ 日% 等 # ,(*4(. 等软件包为进行各种
数值计算提供了有力工具 # 各国在焊接过程模拟 方面已经做了大量工作 ! 在生产中得到了许多应 用成果 #
:;<
%#%99)1)2345 简介 )1)2345 完全实现了 机械 & 热传导 和金属
用到热处理领域中并不断增强和完善 # 随着应用 的发展 !)1)2345 逐渐扩大了其应用范围 ! 并 迅 速被汽车工业 & 航空航天 & 国防和重型工业所采 用 # >EEH 年 !)1)2345 正式加入 3)7 集团 ! 法码 通成为 )1)2345 在法国最大的用户并继续承担 软件的理论开发与工业验证工作 #
试验工具检测的一些现象有了较为深刻的认识 "
)%*
焊接热过程贯穿整个焊接过程的始终 + 可以 说 + 一切焊接物理化学过程都是在热过程中发生 和发展的 " 焊接热过程是局部的 ! 加热极不均匀 ! 具有瞬时性 # 复杂性和不稳定性等特点 " 焊接温度 场决定了焊 接应力场和 应变 场 + 它 还 与 冶 金 # 结 晶 # 相变有着不可分割的联系 ! 使之成为影响焊接 质量和生产率的主要因素之一 " 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进行控制的前提 "
!"#$ +,-<武传松 2焊接过程的 计 算 机 模 拟 +‘-h 第 十 次 全 国 焊
接学术会议焊接与 Zd 专题论文集 !%&&,2
+’-
山 东 机 械
拟向导 )热处理向导 ’ 焊接向导 ’装配模拟向导 %
%2%2)OO模拟工具 EbE=3Nc 内置了一系列非常有效 的工具软
件 ! 用于获取和校验热物理模拟的物理数据 ! 如热 传导系数校验工具 !焊接热源校验工具 ! 材料 WWd 曲线校验工具 ! 材料冷却曲线校验工具等等 % 采用 工具软件 !能准确地获取模拟所需要的物理数据 %