基于软件集成环境下的焊接模拟仿真

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1、基于软件集成环境下的焊接模拟仿真摘要：在焊接工艺仿真过程中，由于多种软件之间数据转化比较困难，且每一条焊缝均需要设定一个工况，使得有限元前处理过程复杂，而且效率较低。根据PRO/E,HyperMesh和MSCMarc软件的特点，综合运用软件各自优势，并辅助一定的二次开发功能，完成MAG焊接从儿何建模、网格划分、模型设定、分析计算到结果处理的整个过程，实现不同软件之间的数据交互。平板对接实例表明，通过软件集成进行焊接过程的仿真研究，充分利用了现有软件的优势，减少了CAE前处理工作量，提高了分析效率。关键词：二次开发；T

2、CL/TK；软件集成；焊接仿真中图分类号：TG456.20引言文献标识码：A文章编号:行焊接变形及焊接残余应力的分析。有限元法作为求解复杂工程问题的重要方法，应用非常广泛⑴。随着计算机技术的发展，越来越多的科技工作者从事工艺仿真过程的研允，以期达到优化设计和工艺参数，减少试验成本，提高生产效率及产品质量的目的。在焊接领域中，利用数值模拟优化工艺己经取得了许多进展⑵。但是在模型的前处理过程中，每个焊道都必须对应着一个工况，同时还需要对焊接路径，焊道填充以及边界条件等进行设定。当进行整个结构件的焊接过程时，效率极低。在工

3、程应用中，各类专用有限元的软件在几何建模、网格划分、分析计算等方面各有特色。虽然很多情况下只需耍一种软件就能完成整个模型的分析过程，但是模型的前处理比较复杂，效率不高且容易出错⑶。因此，充分利用各软件的优势，对软件的环境进行集成显得尤为必要。本文通过利用TCL/TK语言将PRO/E,HyperMesh及MSC.Marc进行集成，并说明如何利用现有的软件资源，建立软件的集成环境，这一方法大大减少了MSC.Marc进行焊接仿真分析前处理的工作量，为利用MSC.Marc强大的非线性功能进行焊接工艺及方法的研允奠定了基础。1

4、焊接仿真分析的流程采用热弹塑性有限元方法进行焊接仿真分析的流程见图1所示⑷。首先将几何模型转化成网格模型，然后输入焊接热源参数及材料参数，并且施加热边界条件，进行求解后完成焊接温度场的计算。在焊接结构分析中，以温度场及结构约束为边界条件，进炸扶仿“结图1焊接仿真分析流程Fig.1Analysisprocessofweldingsimulation2软件集成方法研究基于上述的分析流程，笔者采用TCL/TK语言为媒介，对HyperMesh进行二次开发，通过耦合和集成各软件，按照一定的顺序，通过执行相应的命令完成如图2所示

5、的数据流动，并利用*createbutton及*beginmacro等命令将TCL/TK命令文件在HyperMesh中定义为宏按钮，以便程序的调用，形成如图3所示的程序开发界面⑸。软件的执行流程如图4所示。财怖构・・PROP：伙件IlyixTUo£h软件t1e

6、曲.Mair

7、兄成灯仗仿真炸檢1.」炸按茂龙I£优化炸按城余M力

8、图2数据流动图Fig.2DiagramofdataflowOutputMarcCommandOutputINPfileJobResultChooseWeldCompAddConstrainAss

9、ignMaterialluputWeldVelocityImportGeometrySetWorkingDirGeom/MeshUserFig.3SoftwaredevelopmentinterfaceDispIQ^yModel

10、图3软件开发的界而I恂*拘或UJC&MW讲dhlVdS卜怡hl•：*t<11iI.1VUIlitftU：gMWICf、■HwpM林文忡图4软件执行流程Fig.4Aflowdiagramofthesoftware首先通过执行*feinputwithdata2使其读入PROE模型文件，对模型进行

11、网格划分，通过hm_getfloat读入焊接工艺参数，通过*createmarkpanel选择约束及焊道组件,依据设定好的计算参数生成焊接边界、焊接工况以及inp网格文件及求解文件。在MSC.Marc中，通过对命令的执行，完成焊接仿真的模拟。3软件集成综合运用实例3.1物理模型建立Wi块尺寸为200mmx200mmxl0mm开V型坡口的平板对接焊，材料为Q345钢。儿何模型如图5所示。釆用MAG方法，焊接工艺参数如表1所示。道数电流1/A电压U/V焊接速度V/Cmm-s'1)第一道240285第二道295327第三道

12、295327Fig.5Geometricalmodelofbuttplate表1焊接工艺参数Table1Weldingprocessparameters3.2有限元模型建立单击importgeometry,读入PROE的模型文件，对模型进行实体单元网格划分，为保证计算精度，母材网格划分为2~3层，为提高计算速度，将焊缝和热影响区的单元网格控制在