曲线路径动态焊接热源建模

在复杂结构焊接热过程及应力变形分析中,经常遇到曲线焊接路径,其动态焊接热源建模难度大,往往难于实现.为解决该问题,研究了曲线焊接路径热源自动建模方法,实现了曲线上动态焊接热源建模,并为多段直线、环形以及平面曲线焊接路径提供了焊接位姿的定义方法.进一步针对难于用方程直接描述的空间复杂路径、根据焊接结构特征提出辅助圆捕捉法来获取路径上的随动焊枪位姿.利用辅助圆捕捉法,用户可以通过简单的参数输入和CAD操作完成曲线路径动态焊接的热源自动建模.     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

X5CrNi1810不锈钢焊接应力应变场的数值模拟

采用有限元软件SYSWELD对X5CrNi1810不锈钢平板TIG焊的应力应变场进行三维动态模拟,同时应用SYSWELD软件的校核工具对双椭球热源进行校核,得出了等效应力分布图和焊缝中心线上纵向残余应力分布曲线及不同时刻焊接变形云图．与文献资料比较表明,所建立的三维模型可以动态地模拟焊接过程,对实际生产有一定的指导意义以及最终改善X5CrNi1810不锈钢的焊接性提供参考依据．     

基于ANSYS的平板堆焊凝固过程的应力分析

以25钢的平板为研究对象,通过ANSYS建立有限元分析模型,选用高斯函数分布的表面热源模型,并利用ANSYS的APDL功能来实现焊接热源的移动加载,对平板堆焊的温度场和应力场进行三维动态数值模拟.计算结果表明:纵向应力的最大值分布在焊缝区,横向应力的最大值处于焊接的熔合区;同时通过分析发现焊接电流的减小或焊接速度的增快均有利于改善热裂倾向,从而为合理选择工艺参数提供了有益的参考.     

焊接加固热作用对工形截面压弯钢构件承载性能的影响

为研究焊接加固热作用及不同初始负载对工字形压弯钢柱承载性能的影响,基于考虑热影响的热结构耦合分析方法进行了热源模型热输入改进,并考虑初始几何缺陷、初始残余应力及摩擦等,完成了不同负载下焊接加固的3个工字形压弯钢柱的模拟分析。研究了焊接位移时程、腹板应力应变重分布及荷载位移关系,通过有限元分析与相应试验结果对比验证,进而获得了试验无法获得的焊接温度场、翼缘与加固板间的焊接应力应变重分布以及翼缘边缘屈服承载力等结果,并将承载力结果与规范计算结果对比,考察了现有设计方法。结果表明,焊接顺序决定焊接变形的发展过程,焊接热输入和初始负载共同决定持载焊接的位移变化范围和焊接残余变形的大小;初始负载越大,应力应变重分布往偏心受力方向发展更多,承载力越低,而初始残余应力不影响极限承载力;采用考虑热影响的有限元方法具有一定可行性和总体安全性,规范设计方法仍有可提升空间。     

铝合金动态控制低应力无变形(DC-LSND)MAG焊焊接过程模拟

对动态控制低应力无变形(dynamically controlled low stress no-distortion,DC-LSND)铝合金MAG焊进行了数值仿真,利用数值仿真模型并结合优化算法对热沉参数进行了优化分析。通过对有限元软件的二次开发,实现了焊接热源程序的加载和热沉过程的加载。对比正常焊接过程,采用热沉实现了随焊激冷法后焊接残余应力降低。在其他条件热沉不变的条件下,随着热沉强度的增大,残余应力显著降低。在热沉强度不变的情况下,热沉与热源距离在30 mm左右时,应力降低效果最为明显。     

随机壁厚三维实体泡沫铝建模及压缩仿真

针对壳体泡沫铝模型在几何建模及仿真计算中存在的问题,基于Voronoi模型提出了具有随机壁厚的三维实体泡沫铝模型的建模方法及其实现流程。通过使用Python语言编写的ABAQUS泡沫铝建模插件建立了实体泡沫铝模型,进行了泡沫铝的准静态压缩有限元仿真分析。对实体模型和壳体模型在仿真中的力学行为、变形模式及计算所得的材料应力-应变曲线进行了对比分析。研究结果表明:实体模型的仿真结果和变形模式与实验更接近;实体模型计算得到的应力-应变曲线波动更小、更加平滑;实体模型较壳体模型在压缩过程中受力和内部结构的模式更加合理。     

310S奥氏体不锈钢TIG自熔焊热源模型与温度场模拟

采用SYSWELD有限元软件对12mm厚的310S奥氏体不锈钢平板TIG自熔焊焊接过程进行了模拟研究。通过建立材料物性数据库,选用双椭球模型作为焊接模型,以对流和辐射作为模拟工件与外部环境热交换的主要方式,将模拟获得的焊缝截面形貌、焊接热循环曲线和实验获得的焊缝截面形貌、焊接热循环曲线对比,建立了焊接热源模型,获得了TIG焊温度场分布。研究表明:建立的焊接热源模型拟合良好,参数选取的较为合理;双椭球热源模型能较好的模拟310S奥氏体不锈钢TIG焊接过程的温度变化。     

0Cr18Ni9不锈钢焊接温度场的数值仿真

基于有限元软件SYSWELD对不锈钢0Cr18Ni9平板TIG焊的温度场进行三维动态模拟,得出了瞬态温度场分布图和特征点的热循环曲线,同时也得出了焊缝上任一点的温度变化与相变的关系.与文献资料比较表明,所建立的数值模拟仿真模型可以较好的模拟焊接温度场,为研究焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据.     

基于有理B样条曲线的焊接机器人操作空间轨迹规划

对空间复杂曲线机器人轨迹规划问题进行了研究.通过Solid Works软件提取三维模型上焊缝曲线的IGES数据文件,将曲线分为直线、圆弧、有理B样条曲线形式;建立曲线路径点离散算法模型,并根据工件特征进行各路径点的焊枪坐标系路径规划工作.在VBA环境下编制规划程序,并传送给Robotstudio软件.仿真和焊接实验表明:该算法相比人工示教工作可以快速完成焊接机器人的路径规划工作.     

基于模糊集及RCC理论的区域移动模型

基于RCC理论中的概念邻域结构和模糊集理论,提出了可以表达动态环境下随时间移动或变形的空间区域的区域移动模型,然后基于Allen的路径一致性算法,给出了关于此模型的路径一致性模糊推理算法。     

钢结构对接焊缝数值模拟及参数分析

基于ANSYS有限元软件采用了双椭球热源模型、CO₂气体保护焊的焊接工艺,通过生死单元法模拟热源移动,建立了桥梁钢结构的焊接有限元模型,进行了对接焊缝的数值模拟分析,并与实验结果进行对比验证了模拟的可靠性。在此基础上研究了对接焊缝在坡口形状、X型坡口多层焊的焊接顺序、焊接速度、焊件厚度、焊接坡口角度、焊枪的施焊方向等不同因素下残余应力的变化情况。结果表明：相比于其他坡口的焊接,X型坡口焊接残余应力较小,多层焊情况时,X型坡口采用对称焊更有利;板厚、焊速的增加,坡口角度的减少及采用分中对称焊方法都能减少焊接残余应力的产生。     

基于SYSWELD的T型接头应力应变场的数值模拟

对T型接头的应力应变场采用有限元软件SYSWELD进行三维动态模拟,采用其中的校核工具模块进行双椭球热源的校核,模拟分析出等效应力分布图以及焊缝上纵向和横向平均应力分布,并同时模拟出不同时刻焊接变形云图.与以往的研究资料和相关数据进行对比,表明本研究能够很好地模拟焊接应力应变场,为焊接工艺的评定和优化提供理论基础.     

一种基于即时学习的多模型在线建模方法

针对复杂非线性系统的建模问题,基于空间划分树(SP-Tree)和即时学习(lazy learning)的思想,设计了一种多模型在线建模方法.该方法基于分解-合成策略,根据系统输入输出数据,采用即时学习算法建立当前时刻的最佳局部模型,随着系统工作点的移动,滚动建立系统的多个模型,实现对非线性系统的准确建模.在建立邻域的过程中,采用一种基于SP-Tree数据结构的数据库进行分层递阶搜索,有效地提高了在线建模的实时性.最后,通过对一个仿真案例的研究验证了该算法的有效性.     

铝合金激光—电弧复合焊温度场有限元数值模拟

采用复合热源焊接是一种比单一热源焊接更有潜力和发展前景的新型焊接方法,但复合热源的相互作用机理也更加复杂.为了更好地理解和研究复合热源的作用机理,采用ANSYS软件进行了8 mm厚铝板激光—电弧复合双道焊接的温度场数值模拟,比较得出了一种适合铝合金激光—电弧复合焊接的热源模型.实验结果表明,采用模型模拟得到的焊缝截面形状和实际复合焊接得到的焊缝截面形状符合度较好,该复合热源模型是铝合金复合焊接的一种理想热源模型.     

基于视觉传感器焊缝跟踪轨迹自示教方法研究

介绍了一种基于视觉传感器在焊前采集焊缝信息,动态存储相关数据,从而记住从初始状态到目标状态的控制路径．施焊时,调用轨迹记录数据库,按照行走路径进行自动跟踪,从而达到自动焊接．进一步介绍了自示教的设计步骤及实现过程,并设计了图像处理流程和系统的监控界面．试验结果表明：该系统无需复杂的几何建模、仿真、示教编程,方法简单可行,无需考虑电弧、飞溅和烟尘等信号的干扰,提高了图像处理速度,从而可细化路径,提高焊缝跟踪精确度．     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

基于刚柔混合建模的移动焊接机器人系统仿真

以某移动焊接机器人为例,在刚柔混合建模理论与方法的基础上,利用Pro/E对移动焊接机器人进行整体造型;不仅将模型导入到仿真软件ADAMS环境,而且利用ADAMS/AutoFlex模块对机器人部分构件建立柔性体,同时通过ADAMS/View构建了机器人的刚柔多体动态仿真模型。仿真分析说明：该模型能够准确的反映焊接机器人的运动和受力情况,其分析也为末端机械手的动力学研究和移动焊接机器人物理样机的开发提供可靠的方法和依据。     

基于ANSYS平台的旋转电弧传感器焊接热过程模拟

针对旋转电弧传感器焊接的特点,对平板M IG焊接,建立了适当的有限元计算模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写了程序,解决了呈高斯函数分布且旋转移动的焊接热源的施加的问题,实现了焊接温度场的三维动态模拟,并将计算量控制在可接受的范围内.研究了旋转电弧传感器自身的特性对焊缝质量的影响作用,并通过实验验证了模拟的可靠性.     

等主应力比路径砂土的弹塑性本构方程

为了模拟填土工程中土体的变形,需要建立在等主应力比应力路径下的本构模型.采用数值建模方法建立等主应力比路径下砂土的弹塑性本构方程.该模型能够反映填土施工中应力路径的影响.通过可视化,绘出了整个应力场中的三维变形曲面.通过与CTC路径下的变形曲面比较,发现两者之间存在显著差别,验证了应力路径对本构关系的影响是不可忽略的.