近年來以鋁合金為首的多種輕型材料在汽車制造、航空航天、軌道交通中的應用越來越多，而大量輕型材料的使用，不可避免要涉及到異種材料連接問題。激光焊接具有功率密度高、熱影響區和熱變形小、焊縫深寬比大、焊接質量高等許多優點，此外，激光焊接還具有加工區域細小、能量密度高、熱源易控制、熱影響區窄等特點。因此，激光焊接是鋼/鋁異種金屬的理想焊接方法。

利用Ansys Workbench仿真平臺可直接對焊接過程進行熱固耦合數值求解，進而得到給定工藝參數條件下的溫度場和應力場分布。示意簡單模型如下：

幾何模型

仿真過程中，對于模型三個部件，采用掃描方法劃分六面體網格，板材厚度方向上，定義三層網格以捕捉彎曲變形效果；材料選用普通結構鋼。

網格模型

為了仿真激光焊接過程產生的熱場分布，必須建立精確地熱源。對于這種移動熱源施加問題，可以借助ANSYS軟件的ACT工具“Moving_Heat_Flux”實現高斯熱源載荷設置：移動熱流率或移動熱能量兩種方式。

移動熱流率源載荷：

熱動熱能量源載荷：

本案例中，采用移動熱流率載荷，熱源移動速度為5 mm/s，從初始時刻起，作用總時間44 s，激光能流量強度為7.5 w/mm2，作用區域半徑5 mm。結構外表面設置對流換熱條件，環境溫度22度。

移動熱源載荷施加

對流邊界條件

求解可知，激光焊接過程的溫度分布以及大于500度以上的熱影響區域如下圖所示。

激光焊接過程的溫度分布

大于500度以上的熱影響區域

進行瞬態熱分析—靜態結構分析的順序耦合分析，將瞬態熱分析獲得的溫度分布數據，傳遞到結構模塊模擬激光焊接過程的熱翹曲、熱變形現象。

激光焊接熱應力仿真流程

支撐條件與溫度導入如下：

溫度數據導入

應力與接觸狀態（焊接緊固狀態）變化如下：

結構應力與焊接緊固狀態

ANSYS Workbench界面可以很方便的進行移動熱源瞬態熱分析，可以考慮實際焊接過程中結構連接狀態與高溫融合等因素的影響，解決焊接過程的溫度場與熱應力計算，為設計和工藝提供可靠的數據參考。