当前位置:首页 > 科研论文

ANSYSMechanical在焊接仿真中的应用

1份快三彩票|1引言焊接作为现代制造业不可或缺的技术,在材料加工领域依然占有最重要的地位。 焊接是电弧物理、热传导、冶金和力学等各学科相关的简单过程,与之相关的热传导过程、金属的熔解和冷凝、加热时的热力学、焊接变形和变形等是企业生产部门和设计人员关心的重点问题。

焊接中产生的焊接变形和变形不仅影响焊接结构的生产过程,还影响焊接结构的使用性能。 这些缺损的发生主要是由焊接时不合理的热过程引起的。 由于高能量的集中瞬时热输出,焊接中和焊接后会产生相当大的崩溃变形和变形,影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。 因此,对焊接温度情况下应力场的定量分析、预测具有最重要的意义。

一分快三

传统的焊接温度场和变形测试依赖于设计者的经验或基于统计资料基础的半经验公式,但这种方法有明显的局限性,对新技术无法进行前瞻性预测,实验成本急剧减少,对焊接使用数值模拟的方式ANSYS作为世界著名的标准化结构分析软件,获得了原始的分析功能、完美的材料本结构关系,获得了焊接建模的技术确保。 本文以ANSYS为平台,说明了焊接温度场建模和热变形、变形建模的基本理论和建模过程,得到了企业设计师的一定参照。

2焊接数值模拟理论基础焊接问题中的温度场和应变变形等最终可以归结为解法微分方程组,这种方程解法的方式一般有解析法和数值法两种。 因为实现了很多修正假设,只有在问题比较简单的情况下才能用解析法得到方程式解,所以焊接问题的模拟一般使用数值方法。 焊接分析中也常用差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡罗法。 差分法:通过将差分法微分方程式切换为差分方程式来展开解法。

针对规则几何特性和均匀分布的材料特性问题,编程非常简单,收敛性好。 但是,该方法大多局限于规则的差分网格(正方形、矩形、三角形等),差分法只考虑节点的作用,不考虑节点间单元的贡献,经常用于开展焊接热传导、氢的扩散等问题的研究。

有限元法:有限元法将倒数体转换为由受限制的一个单元组成的线性化模型,通过偏移函数对线性模型解法进行数值解法。 该方法柔软性强,适用范围广,因此广泛应用于焊接热传导、焊接热弹塑性变形、变形和焊接结构脱落分析等领域。

数值积分法:该方法使用辛普森定律等,对难以求出原函数的问题展开分数解法,用该方法防止解法简单的原函数的问题,同时在少的方面可以得到高精度。 蒙特卡洛法:该方法基于随机模拟技术,对随机过程的问题直接展开数值模拟。 焊接模拟一般基于以上几个理论为解决焊接热传导、热弹塑性变形等问题而展开模拟, 合理的自由选择热源函数和计算的焊接后变形等问题是设计者自由选择合适的数学模型2.1焊接数值模拟常用热源模型的焊接热过程是影响焊接质量和生产率的主要因素之一因此焊接热过程的精确模拟是焊接关于早期焊接热过程的分析,前人进行了大量的理论研究,明确提出了多种热源生产模式:集中于热源: Rosenthai-Rykalin式该方法作为典型的分析方法,指出热源集中于一点,该方式是研究区域 平面产于热源:高斯分布热源,双椭圆产于热源高斯热源假设焊接热源具有平面生产的特征,短距离焊接时效果好,焊接速度高时热源依然是平面生产,误差小。 该方法适用于电弧硬度强或电弧对熔池的冲击小的情况。

高斯分布得到了热源产生,但没有考虑焊枪的移动对热源产生的影响。 实质上,由于焊道冷却和加热的速度不同,所以电弧前方的冷却区域比后方的冷却区域小。

双椭圆按热源体积产于热源:半椭圆体产于热源。 双椭圆体产于热源半椭圆体产于热源。 熔融接近气体维护电弧焊接或高能束焊接,焊接热源的热流密度不仅作用于工件表面,还作用于工件的厚度方向。

此时,必须以焊接热源为体积生产成热源。 为了考虑电弧热流在工件厚度方向上的产生,实质上可以用椭圆体模式描述,因为电弧在焊接方向上移动,所以电弧热流在平面上不会产生。

由于焊接速度的影响,电弧前方的冷却区域比电弧后方小。 冷却区域不是关于电弧中心线平面的单一半椭圆体,而是双半椭圆体,电弧前、后的半椭圆体形状也不完全相同的双椭圆体是热源2.2焊接变形模拟的常用方法焊接产生的动态变形突发事件过程和之后经常出现的崩溃变形是焊接裂纹因此,针对焊接变形和倒塌变形的计算,发展了基于焊接变形理论,确认焊接连接器膨胀的横向变形与焊接工艺参数、焊接条件的关系,必须积累很多经验的解析法。

该方法相对于规则等横截面梁型结构,仅限于固有的不变法:固有的突发事件可视为崩溃变形发生源焊接时的固有突发事件。 焊接部件经过一次焊接热循环后,温度突发事件为零,固有突发事件是塑性突发事件和热力学突发事件的衰变量之和。 焊接时,由于固有突发事件不存在于焊接及其附近,所以只要理解固有突发事件的发生规律,就可以通过一次弹性有限元计算预测崩溃变形的大小和结构变形,但该方法在一定程度上侧重于焊接后的结构变形,属于近似方法,焊接热传导过程整体的热弹由于该计算是非线性计算的过程,因此计算量大,一般用于研究焊接连接器的力学不道德,展开大型简单结构的整体研究3基于焊接建模案例3.1ANSYSWorkbench平台的焊接建模如下以ansysworkbench为平台,该模型ansysworkbench作为统一的多场结合分析平台,反对数据联合,因此在Workbench中制作了该焊接分析的结合项目,如下图右图的在本例中,以说明焊接建模的流程为例,因此假设材料为线弹性结构钢,在EngineerData中,ANSYSWorkbench基于ANSYSMeshing对模型进行网格划分, 在该模型中,除了用六面体划分两个焊接件和焊接件外,在以Workbench平台为基础展开对接焊接工艺的瞬态热传导分析中,还使用了基于ANSYSWorkbench开发的Moving_Heat_Flux插件 该插件映射到Workbench接口,取得基于平面高斯热源法的移动热源产生方式,该插件允许用户登录焊枪的移动速度、焊接电流、电力、焊接时间等参数。

此外,还必须展开热传导过程分析,输出瞬态热分析所需的其他边界条件,如Convection等。 此情况下输出的焊接相关参数如右图所示。 对于这样的大规模建模问题,推荐用于HPC的高性能计算,可以充分发挥计算机硬件的性能,大幅度提高解法的效率。

最后,对该参数下焊接瞬态热分析的结果,可以根据瞬态热分析,展开焊接后应变分析。 根据如上制作的ANSYSWorkbench的结合分析流程,通过importload方式将冷分析温度场发送到结构场展开应变分析。

同时,根据实际情况对该构件进行约束,展开变形分析,最后得到某一时刻的变形云图,如下右图:基于3.2ANSYS古典界面的焊接建模如上所述,以Workbench为平台展开焊接建模时例如,由于不能自由选择其他形式的热源模型,因此用户在根据ansys古典版根据焊接模型ansys经典版本展开焊接建模的情况下,可以展开为命令东流,将焊接参数作为参数读取,进行焊接在本例中,焊接温度场模拟使用了焊接板尺寸为200mmX200mmX6mm、试验片材料为Q235A、材料参数为下表右图。 为了确保熔化,两片钢板进入45坡口。

焊接方式使用电弧焊接,焊接参数为焊接电流180A、电弧电压20V、焊接速度4.8mm/s、焊接热输出0.75kJ/mm、焊接效率=0.825,结构与空气的换热系数为15W/(m^2*)。 在ANSYS经典版中创建此组件的几何模型,使用solid70创建的模型使用MP命令创建原始材料参数表,使用esize等命令对该模型进行部分网格控制,分解六面体网格,高网格有限元模型在本例中在一定程度上使用高斯热源方式展开模拟,焊接工艺以参数方式传递,成为后期优化的基础,典型的指令流在APDL中根据原作的解法参数递归计算,递归曲线根据该焊接物的温度场生产在云图上的以上说明,总结了以ANSYS软件为基础能够容易展开焊接工艺的温度场和应力场的模型化,现在Workbench反对以插件的形式展开焊接模型化,平面高斯热此外,用户还可以使用倒圆角单元方法展开焊接模型。 倒圆角单元的方式通过控制单元的倒圆角方式模拟焊接的填充过程,可以模拟更简单的热输出状况。 热源的计算方式与倒圆角单元不同,因此无法转换。

ANSYS软件通过原始材料的结构关系、解法能力,为焊接建模获得了强大的技术确保,因此设计师据此开展了焊接建模,为电流、电压等焊接工艺参数的设定获得了参照依据,合理了焊接工艺-1份快三彩票。

本文来源:首页-www.dskyblue.com