ANSYS有限元分析软件在机械设计加工的焊接应力分析

基于ANSYS上的焊接热过程模拟技术的研究

ResearchonANSYS2basedSimulatingTechnologyforWeldingThermalProcess

湖南工程学院(411101)　张亮峰

【摘要】论述了有限元法的ANSYS系统对焊接热过程进行模拟,能有效地分析、了解焊件设计和焊接生产过程中,焊接热对焊件产品的影响,从而找到合理的解决问题的方法。关键词　焊接热过程　ANSYS　模拟技术　系统结构

Keywords　weldingthermalprocess,ANSYS,simulatingtechnology,systemstructure

　　焊接热过程是指焊接时热流产生的全部过程。焊接时热流产生的热循环会引起焊接接头热影响区显微组织变化、热应力和变形等,不恰当的热流还可能导致裂纹和脆裂等。因此,人们常通过实验和数字分析来确定参数控制热过程,以达到保证焊接质量的目的。通过实验途径是比较可靠的,但在制造采用新钢种的焊接结构或用特殊焊接方法及焊接工艺制造重要的焊接结构时,由于可借鉴的经验很少,而仅仅通过试验去积累资料和经验则需要很长的时间和大量的经费。在这种情况下,计算机模拟技术就具有独特的能力,我们可以在很短的时间内模拟在许多不同的条件下的焊接热过程,从而找出合适的工艺参数。当然,对于有许多经验可借鉴的焊接问题也可通过计算机模拟技术寻求最佳解决方案。

1.建模

系统结构与设计

　　焊接热过程的模拟,目前广泛采用计算机辅助分析CAE实现,其中较为成熟的且应用最多的是有限元FEA技术。而典型的程序软件是功能强大的ANSYS系统。ANSYS系统汇集了集中式数据库(Database)技术、前后处理(Prep7,Post1and

优化设计post26)技术、

(Opt)技术和ASC 文件格式以及先进的数据接口技术等。它可在一个连续的、相互协作的工程设计中,分析用于整个产品开发过程。其分析模拟工具易于使用,能支持多种平台,并在异种异构平台上百分之百的兼容,提

焊接热过程模拟的首要任务是生成包含实际工程系统特征的数学模型。绝大多数情况下,这种模型应包括所有表征物理系统特征的信息,如节点、单元、材料特性、实常数、边界条件以及其他性质。在ANSYS中,就是用节点和单元表示空间体域及实际系统的连接生成过程。建模的方法,既可用ANSYS创建一个实体模型或采用直接生成法,也可输入在计算机辅助设计(CAD)系统创建的模型。

1)确定焊接热流分析目标　它是建模的关键。决策方案的正确与否,直接影响到分析是否成功,即模拟的真实性。对焊接热流的分析,一般采用实体建模创造模型,并选用合适的单元类型和适当的网格密度。确定分析目标的工作与ANSYS无关,完全取决于用户的知识、经验和职业技能等,如对于较复杂结构焊件的目标点分析及选择。该工作一般由项目工程师来完成,因为它还直接影响到生成模型时的其他选择。

2)定义单元类型　单元类型确定了3个特征,即自由度级、单元的形状特征以及单元的维数。具体选用时,要根据分析对象来确定。在焊接热流非结构线性单元分析中,应用退化单元(三角形和四面体)通常会产生准确结果,其特殊性质表现为:三维中间节点的热流单元在承受对流载荷时按固定模式分配热流,中间节点沿一个方面流动而在角点又沿另外方向流动。定义单元类型可以用控制面板或ET命令,无论使用那种方法,均用单元名称定义所需单元赋予一个单元类型参考号。

3)定义材料特性　材料的特性分为线性、非线性和各项异性等,可根据实际情况确定。如研究焊件热源的热性能的温度效应,定义随温度变化的材料特性时,允许以多项式定义特性2温度函数,多项式可分为线性、二次、三次或四次,其公式为:

图1　ANSYS系统结构

供了多场耦合的分析功能。ANSYS系统的基本结

构如图1所示。

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《新技术新工艺》 机械加工与自动化　2002年　第1

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