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1、第37卷第7期电焊机Vol.37No.72007年7月ElectricWeldingMachineJul.2007研究与设计基于ANSYS的焊接过程有限元模拟1222刘兴龙,曲仕尧,邹增大,王新洪(1.南车四方机车车辆股份有限公司,山东青岛266031;2.山东大学材料科学与工程学院,山东济南250061)摘要:以中厚板表面堆焊为例,利用ANSYS软件对焊接过程三维瞬态温度场、应力应变场进行了有限元模拟。分析时采取了有效措施保证求解的准确性和收敛性,计算结果与实测结果比较吻合,并编制了参数化的模拟分析程序。关键词:焊接;有限元;ANSYS;
2、温度场;应力应变场中图分类号:TG409文献标识码:A文章编号:1001-2303(2007)07-0041-04SimulationofweldingprocessesbyFEAbasedonANSYS1222LIUXing-long,QVShi-yao,ZOUZeng-da,WANGXin-hong(1.CSRSifangLocomotive&RollingStockCo.,Ltd,Qingdao266031,China;2.SchoolofMater.Sci.&Eng.,ShandongUniversity,Ji[nan250061,
3、China)Abstract:Middle-thicknessplatesurfingtransienttemperatureandstressstrainfieldsweresimulatedwithANSYScode.Inanalysissomeeffectivemeasuresweretakentoensuresolutionconvergenceandaccurateresult,thecalculatedresultisaccordancewiththetestresult,andtheparametricsimulationpr
4、ogramwasdesigned.Keywords:welding;finiteelement;ANSYS;temperaturefield;stressstrainfield0前言合。目前,数值模拟技术已遍及焊接学科的各个领1有限元模型的建立域。有限元法是伴随着计算机技术和数值分析方法在此以中厚板表面堆焊为例进行模拟分析,焊发展起来的结构分析方法。它已广泛地应用于焊接件材质为低碳钢Q235,焊件几何尺寸为180mm×热传导、热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断180mm×10mm,焊缝位于焊件的x-z平面中心线。[1]裂力学分析等。ANS
5、YS软件是以有限元分析为基础焊接电流260A,电压25V,焊接速度3mm/s,焊接的大型通用CAE软件,其强大的热结构耦合及瞬态、热效率η=0.65,电弧有效半径r=7.5mm。几何形状和非线性分析能力使其在焊接模拟技术中具有广阔载荷分布关于焊缝中心线对称,取其中一半进行分[2]的应用前景。本研究利用ANSYS软件的参数化程析,如图1所示。在进行温度场、应力应变场分析时:序语言APDL编制了焊接过程三维瞬态温度场、应a.忽略平板表面堆焊焊缝的填充金属;b.假设工件力应变场模拟分析程序,并以中厚板表面堆焊为例的所有外边界仅与空气发生对流换热,
6、将辐射换热给出了具体分析过程,计算结果与实测结果比较吻的影响考虑到对流换热中;c.忽略熔池内部的化学收稿日期:2006-03-06;修回日期:2007-05-21反应和搅拌、对流等现象;d.焊接热源能量分布遵作者简介:刘兴龙(1976—),男,河北定州人,博士,主要从事结构的数值模拟分析研究工作。循高斯分布模式。ElectricWeldingMachine·41·研究与设计电焊机第37卷界条件,即!T=0。(2)!n其他周围表面定义为换热边界条件,即!Tλ=α(Ta-Ts)。(3)!n图1工件几何形状示意图式中n是边界表面外法线方向;α是表
7、面换热系在建立有限元模型时,首先创建平面几何模型,数;Ta是周围介质温度;Ts是物体表面温度。然后再利用二维平面单元MESH200以映射网格划换热系数α包括对流表面换热系数和辐射表分方式对平面几何模型进行划分。再将平面单元在面换热系数,随温度变化而改变,通过命令sf,all,厚度方向上拖拉,形成三维几何模型及8节点的三conv,-1在模型表面实现加载。维实体热单元Solid70网格。划分网格时,焊缝处网焊接过程中伴随着相变,含有相变问题的热分格划分极为细密(最小单元尺寸1.5mm),以提高计析是一个非线性瞬态问题,相变过程需要考虑熔化算精度
8、。而远离焊缝区域网格划分的比较稀疏,以潜热。ANSYS软件在处理潜热问题时是通过定义不减少整个模型的节点数量。单元网格在Y、Z方向同温度下的热焓考虑潜热。热焓是指单位质量或体由密
