ansys软件在焊接领域的应用.doc

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1、ANSYS软件在焊接领域的应用和前景ANSYS是计算机辅助工程(CAE)领域应用最广泛的有限元分析软件,通过对该软件的系统组成、工作流程和工作原理等方面进行分析,对有限元方法FEM在焊接热效应领域的应用进行了研究。ANSYS能与其他主流CAD软件双向传递数据,具有多物理场分析能力和便捷的前后数据处理能力,通过基于ANSYS的虚拟试验平台,可以低成本、高效率优化与焊接热效应相关产品设计方案,因而在焊接研究和生产方面有着广阔的应用前景。焊接是一个涉及许多学科的复杂的物理—化学过程。由于焊接过程涉及的变量数目繁多，单

2、凭积累工艺试验数据来深入了解和控制焊接过程，既不切实际又成本昂贵和费时费力。随着计算机技术的发展，通过一组描述焊接基本物理过程的数学方程来模拟焊接过程，采用数值方法求解以获得焊接过程的定量认识，即焊接过程的计算机模拟，成为一种强有力的手段。计算机模拟方法为焊接科学技术的发展创造了有力的条件。    1993年，美国能源部组织美国、加拿大、日本、瑞典、英国的25位著名专家对21世纪焊接科学技术的发展动向做出预测，其中焊接基本现象的模拟与仿真被列为最重要的研究方向之一。我国国家自然科学基金委员会制定的学科发展战略也

3、将计算机模拟确定为机械热加工领域的发展方向之一。计算机模拟是使包括焊接在内的热加工工艺研究从“定性”走向“定量”、从“经验”走向“科学”的重要标志。采用科学的模拟技术和少量的实验验证，以代替过去一切都要通过大量重复实验的方法，不仅可以节省大量的人力和物力，而且还可以通过数值模拟解决一些目前无法在实验室里进行直接研究的复杂问题。在制造业，计算机模拟与仿真可以增加材料利用率25％，节约生产成本30％，产品设计至实际投产的时间缩短40％。焊接过程数值模拟中，热源拟合，温度场的模拟是最基本的工作，然后就是应力和变形的模

4、拟。我们可以看到大量这方面的文章，温度场的模拟起步也较早，也积累了比较丰富的经验，在实际生产中得到了一定的应用。温度场的模拟是对焊接应力、应变场及焊接过程其他现象进行模拟的基础，通过温度场的模拟我们可以判断固相和液相的分界，能够得出焊接熔池形状。焊接温度场准确模拟的关键在于提供准确的材料属性，热源模型与实际热源的拟合程度，热源移动路径的准确定义，边界条件是否设置恰当等。与通用软件相比，专业焊接软件使用起来更加方便，减少了通用软件很多操作时间。例如SYSWELD中有焊接热源模型，有双椭球（Goldak）热源模型（

5、适于TIG，MIG焊接）及圆锥（Conical）热源模型（适于激光、电子束等焊接）可以供使用者选择；并且具有热源校准功能，使得热源的拟合尽可能与实际情况相吻合。焊接应力与变形问题可以分为两类，一是焊接过程中的瞬态应力应变分析，二是焊接后的残余应力与应变计算。对后者进行分析计算的较多，主要是为了减少残余应力，控制变形，防止缺陷的产生。经过几十年年的发展，应力与变形的计算日益成熟。结果精度也在不断提高。改进了计算方法的效率和稳定性，计算速度更快，收敛性更好。还有很多程序应用了并行计算功能，进一步提升了计算速度，模型

6、也考虑得更加精细。深入研究了对焊接应力与变形的影响因素。例如材料属性随温度变化，焊接接头几何形状，焊缝道数，不同的焊接方法等等。对于焊接局部模型，存在非常强烈的非线性特征，材料经过高温，相变，冷却后会有残余应力，因此对焊接附近需要进行详细模拟。而作为整体结构而言，可能又体现为弹性变形，所以线弹性分析就够了。因此对于多道焊接的问题，采用先局部，再整体，将局部模型的内力映射到总体模型上的方法具有很大优势，能够快速得到整体模型的应力和变形结果。对应整体模型完全按照局部模型的细节进行仿真，可能计算量会大的无法承受，事实

7、上也没有必要。利用SYSWELD的焊接仿真，最大挠度模拟值为23.4毫米，试验值为23.8毫米目前国际上不锈钢车辆上采用的多为奥氏体系SUS301L类不锈钢材料。这类材料不仅具有较高的抗拉强度(～930MPa),还具有良好的冲压性能,同时还具有较好的点焊焊接性。现在,车辆设计者借助于电子计算机进行有限元计算方法(如ANSYS软件),来分析车体的受力、变形以及应力分布情况,充分地利用了材料的高抗拉强度,设计出薄壁筒型和板梁结构的车体。车体钢结构主要由侧墙、底架、车顶、外端等部件构成。不锈钢车体结构受力部件主要使用

8、不同强度等级SUS301L不锈钢,此外在底架等关键部位还采用了少量的高强度耐候钢、低合金结构钢和铝合金等材料。不锈钢板材的冲压性能是衡量不锈钢材料在1综述述评车体上应用的重要指标,不锈钢材料的热物理性能又决定了不锈钢车体的制造工艺主要采用电阻点焊方法。针对不锈钢车体大多采用无涂装形式和点焊焊接方法的要求,其车体结构与碳钢车体有着较大差别。在车体结构上的主要特征为:便于点焊作业的骨架连接