基于ANSYS的TIG焊接电弧数值模拟研究

焊接电弧的数值模拟是一个复杂而重要的工程.通过理论假设,对TIG焊接电弧的数学模型进行了简化,成功地建立了实用的焊接电孤瞬态温度分布数学模型.采用有限元分析软件ANSYS,探索了电孤模拟分析中热、电磁、流场和温度场的耦合理论;采用过渡网格划分的非均匀网格划分方式,在保证计算精度的基础上,有效地缩短了模拟计算的时间,电弧温度场、电磁场的模拟计算结果与理论值和实验值基本吻合.     

ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应用

通过分析和总结激光焊接过程有限元模拟的研究现状，综述了利用ANSYS进行激光焊接三维温度场有限元数值模拟中，物理模型的建立和网格划分、边界条件、等离子体及熔池对流等问题的处理。     

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。     

异种金属激光焊接的温度场分析方法及应用

随着激光焊接在电子元器件的局部焊接中应用越来越广泛,有必要开展焊接引起的产品可靠性问题的研究,而焊接温度场分析是进一步分析焊接缺陷以及焊接残余应力对产品可靠性影响的前提条件,因此,本文采用有限元方法计算了激光功率400 W,光斑直径0.3 mm,焊接时间1 min等参数下难熔异种金属钽和钼(Ta/Mo)的三维激光焊接模型的温度场。文章介绍了建模、网格划分、边界条件设置、材料性能参数随温度变化和相变潜热的处理方法,并计算了高斯和平均分布2种不同热源模型的加载方式的焊接温度场模拟结果。结果表明,对于激光热导焊采用高斯热源加载方式会更准确,焊接中间层金属Pt的最高温度有1 900.1℃,超过其熔点,焊接效果较好;同时呈现激光热导焊典型的熔池形貌—碗状,并用确定的仿真模型讨论了不同焊接速度、不同焊接功率对焊接温度场分布的影响,分析结果可为激光焊接异种金属材料的工艺参数的选择提供理论依据。     

异厚度铝合金薄板激光拼焊温度场数值模拟

利用ANSYS软件对异厚度铝合金激光拼焊的温度场进行三维瞬态有限元分析.为了提高计算精度和效率,采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小.选取高斯函数分布的热源模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中既考虑一般激光焊接中材料热物理性能参数的温度相关性、熔化潜热、边界条件、等离子体、熔池对流、保护气体等对温度场的影响,又考虑异厚度铝合金激光拼焊的特性.利用高温热电偶检测异厚度铝合金激光拼焊过程中的温度场,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明,模拟值与实测值吻合良好.     

13MnNiMoNbR特厚板焊接温度场的数值模拟

利用大型有限元分析软件ABAQUS,对110 mm特厚板焊接过程的温度场进行数值模拟。采用K型热电偶单面测量焊接过程中的温度,利用origin7.0绘图软件,绘制模拟结果与测量数值的折线图,分析测量数值与模拟结果的关系。分析结果表明,测量与模拟的温度场的变化规律基本一致,测量结果验证了模型与网格划分的正确性,研究结果为优化13MnNiMoNbR特厚板焊接工艺、控制残余应力、提高焊接接头的可靠性和安全性提供了理论依据。     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

不同焊接电流电压下超级钢热影响区晶粒尺寸的数值模拟

.利用工程模拟软件模拟超级钢焊接温度场,在温度场模拟过程中对工件进行三维有限元网格划分,焊缝及热影响区等重要部位网格划分细密,离焊缝较远位置网格可适当稀疏.热源模型采用双椭球分布模式,利用计算机语言编制热源程序.从模拟温度场中提取热熔合线和焊接热循环曲线等信息,并实验加以验证,实验结果与模拟结果基本吻合.在热影响区温度场基础上,结合晶粒长大动力学原理计算热影响区晶粒尺寸,并实验加以验证,实验结果与计算结果基本吻合.利用此方法计算不同焊接电流、电压下热影响区晶粒尺寸,绘制晶粒尺寸图,定量预测了晶粒尺寸随电流、电压增加而增大的趋势.     

板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用

基于有限元软件Abaqus,采用板壳单元对薄板对接焊进行热弹塑性数值模拟. 建立具有截面积分特性的板壳单元二维有限元模型,采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源,考虑材料随温度的变化特性,对薄板的接温度场与变形场进行了计算,并与相当网格尺寸的三维实体单元计算结果进行了对比. 结果表明,板壳单元与实体单元计算所得温度场与变形结果比较一致;采用非均匀板厚模拟加强高的板壳单元能够进一步改进焊接变形预测结果;在保证计算精度的条件下,板壳单元比实体单元具有更高的计算效率,计算结果为改进大型结构焊接变形预测方法提供了参考意义.     

网格畸变处理技术在不锈钢多层焊应力模拟的应用

通过对304 L不锈钢多层焊焊接工艺研究,利用ABAQUS有限元软件,采用热—力顺序耦合分析方法进行多层焊应力场的有限元数值计算. 奥氏体不锈钢焊接性使得焊缝金属在模拟焊接过程中出现大变形导致计算网格发生畸变,计算中止. 采用了“追踪单元”技术和网格重划分技术对应力场计算中网格畸变问题进行解决. 将数值模拟结果与实际应力测量结果进行对比. 结果表明,采用上述方法能够得到较准确的焊接残余应力结果.     

网格尺寸对双椭球热源模型作用下焊接温度场计算的影响

文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象,基于双椭球功率密度分布体热源模型,利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型,通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响,结合数值积分计算,分析比较了不同网格尺寸下,理论热输入与实际热输入的差别,提出了适宜的网格尺寸.计算结果表明,随着网格尺寸的不断减小,收敛时间变长,CPU计算时间变长,焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小;当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时,理论热输入与实际热输入偏差较小,得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定.     

铸造过程数值模拟三维非均匀网格自动剖分技术研究

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场等的模拟,对复杂模拟对象的三维网格任意自动划分对软件用户来说十分重要.本文在传统的均匀剖分算法基础上,研究了针对STL文件模型的分区非均匀剖分算法,并用程序代码实现.对实际模型的应用研究表明,采用非均匀网格剖分技术可以减少模拟网格数量,节省网格剖分所需时间,特别是由于计算单元大大减少,从根本上提高了数值模拟效率.     

304不锈钢薄板脉冲激光焊焊接热过程数值分析

针对不锈钢薄板脉冲激光焊接的特点,基于有限元分析软件ANSYS,对0.5 mm厚的304不锈钢薄板脉冲激光焊接的热过程进行三维数值动态模拟.建模时采用实体单元和表面单元结合,并采用焊缝处细密、远离焊缝处粗略的不均匀网格,除了施加整体与外界的对流散热条件外,还考虑了工件与夹具之间的传导换热,分析了焊接温度场在工件上的分布规律及工艺参数对焊缝成形的影响,并据此提出了提高不锈钢薄板激光焊焊接接头质量的方案.计算结果表明,熔池的尺寸随输入能量的变化较为明显,在激光加热0.05 s后材料开始熔化,熔池呈现大幅度增长趋势;焊接速度对熔深和熔宽的影响较为显著,熔宽随焊接速度的增加而逐渐减小,熔深几乎与焊接速度成反比,当焊接速度约为0.4 m/min时,熔深为0.5mm以上,工件熔透,且深宽比可达到2∶1.计算所得熔池大小与试验结果基本吻合.     

平板焊接有限元分析过渡型网格自动生成技术分析

为了很好的完成自编程焊接有限元模拟仿真,需要高精度网格模型. 采用过渡性网格实现对焊缝区、热影响区、母材区的非均匀网格划分,来保证焊接有限元模拟中的精度及效率的常用. 利用前沿推进的二维网格划分策略,结合多层次扫掠法拉伸的三维网格生成方法,构建了一种适用于焊接有限元模拟的网格自动划分方法. 在充分研究焊接有限元计算的网格划分特点的基础上,制定了焊接接头区过渡算法并编制了相应的图像绘制程序. 经计算测试表明,该种多层扫掠结构能有效保证两个方向过渡,提高网格过渡效率.     

桥梁钢厚板焊缝区残余应力数值模拟研究

建设桥梁拼接焊接是目前最常用的连接方式,但是这种方式容易导致焊接接头因热处理出现裂纹,经长时间腐蚀加重裂纹,导致桥梁出现塌方等事故。其中残余应力是判定桥梁焊接区稳定性的重要指标,提出桥梁钢厚板焊缝区残余应力数值模拟研究方法。分析桥梁钢厚板焊缝区温度传导,得出钢厚板温度场边界条件以及温度场热传导的总控制结果、应力场的热塑应力,获得焊缝区应变与位移的关系,并通过高斯函数描述加热斑点中的热流密度,构建应力学数学模型,计算出焊接过程的温度场,明确残余应力与应变间关联,最终划分应力场网格,在有限元模型上模拟出焊缝区的残余应力数值。试验结果表明：所提方法的残余应力数值模拟精度高。     

基于SYSWELD催化转换器焊接温度场和应力场模拟

依据产品几何模型,运用VisualMesh网格划分软件分别建立了网格模型,通过对实际工艺参数和工艺特点的分析,建立了简化的数值模型,考虑了材料随温度变化的热物理性能和对流、辐射换热边界条件,给出了其焊接温度场演变历程和焊缝及其附近热循环曲线。同时实测了催化转换器焊缝附近的焊接热循环曲线,与模拟结果比较,两者基本吻合,证明了焊接温度场模拟结果的可靠性;并通过热-力耦合,将温度场结果施加到应力场,得到了残余应力分布规律,以及焊接变形量大小,与实测结果基本吻合。     

厚铜板焊接的计算机模拟与实验研究

基于焊接模拟前处理软件和焊接模拟后处理软件进行厚铜板三个电弧焊接过程温度场的数值模拟和实验对比研究。先利用前处理软件进行建模和划分网格等工作,再利用后处理软件完成焊接仿真模拟过程。本研究主要是用后处理软件调整焊接电流、电弧电压、焊枪间距、焊接速度,送丝速度等工艺参数,进行多组工艺参数下厚铜板焊接温度场的模拟,然后对比分析不同焊接工艺参数下的焊接温度场云图,获得最佳焊接工艺参数(焊枪间距16 mm,焊接电流300 A,TIG焊枪电压16 V,MIG焊枪电压20 V,MIG焊枪送丝速度10 mm/s),模拟结果为:MIG焊枪的熔池大小为:熔宽6.4 mm、熔深4.8 mm、熔池长度12.6 mm。     

DP980高强钢薄板激光拼焊有限元数值模拟与分析

以1.6 mm厚的DP980薄板为研究对象,基于有限元分析软件,通过调节焊接面热源和柱体热源的分配比例,建立激光焊热源模型。采用自适应网格技术对不同焊接工艺参数下DP980薄板对接焊进行温度场、应力场模拟,并通过比较正交模拟试验结果,得到了较优焊接工艺,为实际焊接生产提供理论依据。结果表明,模拟所得的焊缝熔池与实际焊接结果相符,即该热源模型具有一定适用性;相比激光功率,焊缝形貌随焊接速度的变化更为明显;焊接最高温度与激光功率呈正相关,与焊接速度呈负相关;同一焊接速度,焊接残余应力及变形都随激光功率的增大而增大;同一激光功率,焊接速度合适时,焊接残余应力及变形都随焊接速度的增大而减小;相比于激光功率,焊接速度对焊接残余应力及变形的影响较大。     

ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应用

在介绍了基于ANSYS激光焊接温度场数值模拟流程的基础上,研究了温度场数值模拟中几个关键步骤的处理方法,讨论了目前激光焊接温度场模拟存在的一些问题,阐述了激光焊接温度场数值模拟的研究现状.     

激光焊接圆锥体热源模型及参数研究

激光焊过程中包含了一系列复杂的物理、化学反应现象.为合理描述激光焊温度场,采用圆锥体热源模型,用有限元分析软件ANSYS对激光焊温度场进行计算模拟,得到相应的温度场分布及焊缝熔深、熔宽.计算结果表明,所用圆锥体热源模型能较好符合试验结果,有效反映实际激光焊过程.同时根据试验测得的焊缝形状,结合数值模拟,用反演方法给出了模型参数的计算公式.该公式可以实现一定焊接工艺条件下确定激光焊接圆锥体热源模型的参数,并方便进行激光焊温度场模拟和焊缝宽度的预测.