高能束焊接双椭球热源模型参数的确定

双椭球热源模型常用于高能束焊接过程数值模拟，模型中形状参数选择的合理与否对于计算精度和效率有很大影响。由于缺乏定量化描述，进行数值模拟时，只能依靠经验通过反复试算确定模型参数，选择的随机性很大。为此该文提出了一种用解析法计算高能束焊接双椭球热源模型参数的方法，通过实例计算和有限元模拟对该方法进行了验证，并建立了确定模型形状参数的经验公式。研究结果表明，使用该方法只需进行简单的解析计算便可直接求得数值模拟所需的热源参数，简化了试算过程，提高了数值模拟的效率和精度。     

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传播学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式,以高斯分布函数为基础,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响,讨论了不同焊接计算过程中对热源函的选择。结果表明,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行化计算,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用,在熔池附近有一定误差,而双椭球能量密度分布的热源模式,不仅可以处理一般的电弧总力小的焊接热源,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源,进一步提高焊接热源循环的计算精度。     

关于钨极氩弧焊热源模型适用性的探讨

采用Ansys有限元计算软件，模拟平板对接钨极氩弧焊时的三维动态温度分布。分别采用高斯分布函数、双椭球分布函数两种不同的热源分布模型进行加载，比较两种热源模型下计算出的温度分布情况差异。采用模拟时的焊接工艺参数进行钨极氩弧焊平板对接焊，测定焊接热循环曲线和焊缝截面尺寸，对模拟结果加以验证。结果表明，采用双椭球热源模型时的计算结果与实测结果吻合较好。     

基于焊接质量双椭球热源形状参数的简化模型

通过实测熔池形状确定双椭球热源形状参数存在成本高、效率低的问题。针对该问题,文中通过对6 mm以下薄板的对接接头模型进行了仿真,确定了不同焊接工艺参数、不同热源参数和不同板厚条件下双椭球热源的形状参数。根据仿真分析的结果建立了双椭球热源形状参数与板厚的数学模型关系式,从而简化了热源形状参数,提高了焊接仿真的效率,降低了试验成本。     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

模拟焊接过程电弧摆动的热源模型

针对焊接过程数值模拟中电弧摆动难以模拟的问题,通过分析摆动电弧的能量输入,利用能量守恒原理,在经典双椭球热源模型的基础上,推导出模拟摆动电弧的带状热源模型。用该模型模拟的有限元分析结果和试验测得结果比较吻合。     

高能束焊接数值模拟可变新型热源模型的建立

基于电子束等高能束焊接熔池非旋转对称性以及深宽比较大的"钉头"焊缝特征,为更好地模拟焊缝形状,提高焊接模拟计算精度,建立了一带拐点的形状可变的双椭圆衰减体热源模型;新型热源模型形状的可转化性使其具有了可同时用于高能束焊接和一般焊接的通用性;模型建立过程中,对其前后能量的分布给出了明确的函数表达式,利用有限元分析软件对比分析了新型热源模型和其它几种热源模型的温度场的模拟结果,验证了其熔池形态的合理性及该热源的可扩展性.     

基于ANSYS优化设计求解双椭球热源模型参数

为实现双椭球热源模型（double ellipsoidal heat Source model,DEHSM）参数自动化求解,基于ANSYS优化设计,提出一种新的DEHSM参数求解方法.根据提出的方法,利用VB语言开发了DEHSM参数求解程序,分析了程序失效原因,给出了处理对策;对四种不同的焊接工艺参数,采用开发的程序求解了DEHSM参数,并比较了熔宽、熔深的计算值与实测值的差异.经实例验证表明,在保证求解精度的前提下,提出的方法和开发的程序能够有效地求解DEHSM参数;提出的基于ANSYS优化设计求解热源模型参数的方法及相关优化变量的设置,还可适用于高斯热源、3D锥形热源等其它热源参数的求解.     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

General expression of double ellipsoidal heat source model and its error analysis

In order to analyze the maximum power density error with different heat flux distribution parameter values for double ellipsoidal heat source model, a general expression of double ellipsoidal heat source model was derived from Goldak double ellipsoidal heat source model, and the error of maximum power density was analyzed under this foundation. The calculation error of thermal cycling parameters caused by the maximum power density error was compared quantitatively by numerical simulation. The results show that for guarantee the accuracy of welding numerical simulation, it is better to introduce an error correction coefficient into the Goldak double ellipsoidal heat source model expression. And, heat flux distribution parameter should get higher value for the higher power density welding methods.     

Temperature field analysis of main steam pipe under local post weld heat treatment

In local post weld heat treatment, the temperature difference is the criterion of the process. The temperature field in the main stream pipe under heal post weld heat treatment is simulated by finite element method. A close-loop control program-is designed to simulate the temperature field of two different pipes. Both the skin effect of induction heating and electro-thermal coupled effect are considered in the heating model. The local heat treatment temperature difference at the inner and outer side of the pipe is analyzed and the different convection conditions are also considered. The simulation results show that in appropriate induction heating process, the temperature difference in the pipe can be controlled within 30 ℃.     

Effect of arc distance on temperature field and weld shape during double-sided arc welding

A new high efficiency welding method, double-sided double arc welding with double powers (DSAW-D), is developed for thick plate of low alloy high strength steel in this study. It is well known that the thermal cycles have an important influence on the microstructure, shape, stress, distortion and mechanical property. The DSA W-D method can control the tempernture field on a wide range by regulating the distance between two arcs, improve the rnicrostructure and prevent hot and cold cracking of high strength steel. But at present, the effect of arc distance on the temperature field and shape is not clear. Therefore, the paper researches the effect of arc distance on the temperature field and weld pool during DSA W-D using finite element method. The transient temperature field of different arc distance in DSAW-D is calculated.To verify the numerical results, the temperature is measured by the thermo-couple and the calculated results agree approximately with experimental data. Farther, the thermal property and mutual effect of double-sided arcs are investigated. The temperature distributions and weld pool profile at different arc distances are obtained. The results show that arc distance is a very important factor to affect the heat process.     

热量自适应搅拌摩擦焊热源模型

当前采用的温度场热源数值模型在准确表征焊接过程材料性能和产热机制与温度变化关系上存在困难.依据摩擦学原理,以材料屈服强度ReL为产热基本参数建立新型热源模型,产热量随温度、材料性能改变,实现搅拌摩擦焊产热自适应过程,更准确地描述了搅拌摩擦焊过程物理现象的本质.温度场试验与模拟结果的比较表明,该热量自适应热源模型具有较高的计算精度.     

结合型分布带状分段移动热源模型

在数值模拟分析大型焊接结构的焊接残余应力和变形时,可以采用分段移动带状热源模型以便提高计算效率.为此,首先试验分析了不同焊接速度对焊接温度场带状特性的影响.并在已建立的结合型分布圆形热源模型的基础上,推导出了结合型分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式.结果表明,焊接速度大于4mm/s时,较长区段的温度场已经具有带状分布特点.此外,与高斯分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式相比,推导出的公式不但与总的热输入量有关,还与电弧和熔滴的热量分配比有密切的关系.     

激光深熔温度场数值模拟热源模型分析

热源模型是激光深熔焊温度场数值模拟分析的关键。在分析连续和脉冲激光深熔焊焊缝形状特征的基础上，构建了组合热源模型，讨论了热源模型参数的确定方法。应用所建立的热源模型模拟分析了激光深熔焊焊缝边界形状，并与实验结果进行了比较。     

外加磁场对镁合金焊接熔池形态的影响

以镁合金焊接熔池为研究对象,建立了移动热源作用下焊接熔池的三维数学模型. 利用大型通用有限元软件ANSYS将电磁场分析结果导入到热流场分析中,实现电磁场和热流场之间的耦合分析. 模拟了无外加磁场作用下以及外加磁场作用下镁合金焊接熔池的温度场分布和流体流动的速度矢量分布. 结果表明,外加磁场产生的电磁力驱动熔池中熔融的液态金属发生旋转运动,改变了液态金属原有的运动方式和传热方式,流体流动速度和流动范围增加,焊缝熔宽增大,熔深减小. 试验结果验证了模拟结果的可靠性.     

电渣焊接头温度场数值模拟

为了研究建筑钢结构箱型柱中腹板与隔板处电渣焊接头的温度场,以有限元软件MSC.Marc为平台,开发了用于电渣焊温度场的计算方法. 在所开发的计算方法中,采用了半椭球等密度热源模型来模拟电渣焊的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,并采用实测得到的低合金高强度钢SM490A材料的高温热物理性能参数模拟了箱型柱中的腹板与隔板电渣焊接头的温度场. 同时采用试验方法实测了电渣焊接头典型位置的热循环曲线,并观察了接头的焊缝宏观截面形状. 结果表明,计算得到的热循环曲线与实测结果十分吻合,计算得到的焊缝形状与试验结果也基本一致,验证了所开发的数值计算方法的有效性.     

Numerical simulation of gas metal arc welding temperature field

The infrared camera is used to investigate the temperature field of gas metal arc welding.The results show that the temperature distribution of weld pool and adjacent area appears cone shape.A new heat source model combined by Gaussian distribution heat source of the arc and conical distribution heat source of the droplet is set up based on the experimental results, and with the combined boundary conditions,the temperature field of gas metal arc welding is simulated using finite element method.According to the comparison between the results of experiment and simulation in temperature field shows that the new combined heat source model is more accurate and effective than the Gauss heat source model.