钛合金管口激光焊接的温度场和应力场数值模拟

基于高斯体热源模型和ANSYS有限元软件,建立钛合金BT20管口激光焊接的数值分析模型,使用其APDL二次语言,利用多步循环来实现对激光焊接过程的模拟,并获得相应的温度场、应力场分布情况。从模拟结果可看出,随着激光束远离起始端,焊层上的拉应力值逐渐减小,并转变为压应力,最后趋向零。     

铍环焊接热弹塑性分析的轴对称和三维模型对比

采用轴对称和三维模型对镀环激光束焊接过程的温度场和应力场进行了有限元分析，表明2种模型分析结果的趋势基本一致，轴对称模型可以得到焊接准稳态时的温度场和应力场分布，三维模型可以得到整个移动焊接过程的温度场和应力场分布，焊接起弧和收弧部位的残余应力比准稳态时约高20％。     

大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS,对大型复杂结构采用组合焊道、不同类型单元混合使用的等效简化,建立三维有限元模型.在不影响计算精度的前提下,采取一系列减少计算量,增强收敛的措施,成功地克服了热弹塑性有限元分析计算量大、收敛困难的问题,完成了对大型复杂结构多道焊的热弹塑性有限元分析,预测了结构的焊接变形.结果表明,在结构刚度小的部位,施加合适的支撑,能有效减小结构的焊接变形,为控制焊接变形提供了很好的理论依据.     

连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FORTRAN开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。     

几种焊接热弹塑性有限元分析软件的比较

以最简单的平板堆焊为分析对象,分别采用ANSYS、ABAQUS以及JWRIAN软件对其焊接过程进行热弹塑性有限元分析,通过改变焊接参数的系列计算,全面分析温度场和应力场的计算结果,并利用获得的热输入量参数与横向收缩及角变形的关系曲线与公开发表的实测数据进行对比,清楚地显示了这几种软件在焊接力学过程热弹塑性有限元分析的差异。     

小孔等离子弧焊接热场的有限元分析

根据小孔等离子弧焊接的工艺特点，建立了相应的热源模型和焊接热场的分析模型。数值模拟结果表明，一般的双椭球体热源和三维锥体热源不能准确描述小孔等离子弧焊接热过程。提出了改进型的三维锥体热源模型，可以较准确地计算焊缝的正面和背面熔宽，但熔合线走向的计算精度仍较低。在此基础上，考虑等离子弧对熔池的热-力作用，建立了符合小孔形态的热源模型，对小孔等离子弧焊接热场进行了有限元分析，计算出的小孔等离子弧焊缝形状与试验结果吻合良好。     

电子束焊接过程温度应力场三维有限元仿真

利用MSC．MARC有限元分析软件，在考虑电子束焊接匙孔效应基础上，采用双椭圆热模型，通过增大热传导系数、降低弹性模量和屈服强度的方法来模拟焊接过程中流体的流动效应，并采用自编子程序模拟了热源移动的过程，给出了铝锂合金电子束焊接过程中的温度应力场分布。计算结果表明：铝锂合金电子束焊接时，电子束热源对焊缝热冲击较大，焊缝附近处最高温度可达1300℃左右，三维方向上存在巨大温度梯度，成为热应力集中产生的根源。同时分析了焊缝不同位置处的等效应力演化过程，发现焊缝初始端应力剧烈振荡，处于复杂的三维应力状态，且自始至终高于焊缝的其他位置处的应力分布，成为接头区域薄弱环节。     

散热器电子束钎焊温度场和应力场的有限元分析

针对航空飞机上应用的具有管板接头结构的散热器,利用ANSYS软件,建立二维模型,对1Cr18Ni9Ti不锈钢散热器分别按"直接加热"和"分阶段加热"两种电子束钎焊工艺钎焊的温度场和应力场进行了有限元分析。结果表明,采用分阶段加热钎焊工艺时,获得了均匀的钎焊面温度分布,钎焊面大部分区域的温度在1042～1051℃之间,且在钎焊温度范围之内;对于径向残余应力,采用直接加热钎焊时,钎焊面上出现明显的应力集中区域,而采用分阶段加热钎焊,钎焊面上没有应力集中区出现;对于周向残余应力,分阶段加热钎焊的拉应力峰值较直接加热钎焊减小了11.2%;两种钎焊工艺的周向残余应力的拉应力峰值都大于径向残余应力的拉应力峰值,说明钎焊面的危险部位沿圆周方向。     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

水深和流速对水下湿法焊接热过程影响的数值模拟

水下电弧在高压和强烈冷却作用的环境下,其弧压、形态和能量密度都发生了改变,工件的换热条件更发生了显著的变化.文中考虑水下压力对电弧的压缩和水环境中工件换热速度的提高,进行一定的参数假设,建立了湿法熔化极气体保护焊接热过程的数值分析模型,得出了不同水深和不同水流速度下的工件热循环曲线、熔池形状等典型数据.模拟结果表明,随水深增加,熔池的深度增加而宽度减小,各等温线的形状也逐步变得狭窄而且更深;随工件表面水流速度增大,熔池变小,等温面所笼罩的体积也显著减小.     

焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响

为了研究焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响,建立了摩擦塞焊焊接的产热模型,并进行摩擦塞焊焊接工艺试验。通过理论分析得出焊接过程中的产热量与焊接参数的关系,试验对理论分析结果进行验证,并深入探讨焊接参数对焊接区域温度场的影响。结果表明:焊接进给速度的改变影响焊接过程中的焊接压力大小,从而影响摩擦塞焊焊接初始阶段的产热,进而影响焊接区域温度场;较高的焊接转速提高摩擦界面材料的升温速率,提高材料塑化,避免焊接缺陷;应选择适当的焊接摩擦时间,尽量匹配较高的转速以缩短焊接摩擦时间。     

Finite element simulation of three-dimensional temperature field in underwater welding

Mathematical models of three-dimensional temperature fields in underwater welding with moving heat sources are built. Double ellipsoid Gauss model is proposed as heat sources models. Several factors which affect the temperature fields of underwater welding are analyzed. Water has little influence on thermal efftciency. Water convection coefftcient varies with the temperature difference between the water and the workpiece , and water convection makes molten pool freeze quickly. With the increase of water depth, the dimensions of heat sources model should be reduced as arc shrinks. Finite element technology is used to solve mathematical models. ANSYS software is used as finite element tool, and ANSYS Parametric Design Language is used to develop subprograms for loading the moving heat sources and the various convection coefftcients. Experiment results show that computational results by using double ellipsoid Gauss heat sources model accord well with the experimental results.     

Modelling of the plasma-MIG welding temperature field

A three-dimensional simulation model for the plasma-MIG welding process, which takes the interaction between the plasma arc and MIG arc into account, is presented and the quasi-steady temperature fields on the workpiece are calculated with the model. The 10 mm-5A06 aluminum alloy is welded and the temperature fields are measured with the thermoelectric couple. The simulation results and measured results show that the biggest deviation of peak temperature between them is below 20 ℃, which indicates good coincidence between the simulation and measurement.     

基于ANSYS有限元对双丝焊焊接的三维温度场模拟

焊接热过程是一个动态热循环过程,涉及到电弧变化、材料冶金和化学、传热、传质和力学性能改变的复杂过程,在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形,影响焊接结构的制造精度、强度、韧性和使用性能。焊接三维数值模拟研究的现实意义在于:全面预测影响残余应力与变形的各种因素及其影响规律,达到优化焊接结构设计和工艺设计,控制焊接应力及变形,焊接数值模拟技术已成为目前国内外发展的重要方向。     

钛合金平板电子束焊接温度场有限元分析

焊接温度场不仅直接通过热应变，而且还间接通过随金属状态和显微组织变化引起的相变、应变决定焊接残余应力，因而对焊接温度场的研究是焊接应力应变分析的前提。在通用的有限元软件ANSYS平台上，根据电子束深熔焊的特点，提出了圆锥形体热源模型，并对电子束焊接温度场进行了数值模拟。有限元数值模拟结果同电子束试验焊缝形状有良好的一致性，圆锥形体热源模型体现了电子束深熔焊所特有的钉形焊缝，能较准确地模拟电子束焊接温度场。     

Numerical analysis of thermal process in continuous drive radial friction welding

A heat source model for radial friction welding was proposed, which was determined by friction pressure, friction coefficient, material properties and extrusion speed of material. A 3 D model was established to analyze the continuous drive radial friction welding temperature field of 45 steel pipe. The influences of friction pressure, friction time and rotation speed on the temperature of the friction interface were analyzed. The results showed that the temperature on the friction inter face rapidly rose to a peak temperature in initial friction stage and kept constant in the stable friction stage. Welding parameters of friction pressure, friction time and rotation speed had few influences on the peak temperature, while the increase of friction pressure and rotation speed could shorten the time to reach the peak temperature.