焊接分析介紹

焊接是通過加熱、高溫或高壓將金屬或熱塑性材料接合的工藝，焊接過程中的物理與化學變化直接影響接頭的力學性能，并可能引發應力和變形。傳統的工藝試驗方法難以達到理想效果，因此，越來越多的企業開始采用有限元仿真來分析焊接過程。

焊接技術種類繁多，包括MIG、MAG、TIG焊接、激光焊接、電阻焊和攪拌摩擦焊等，其中電弧焊和激光焊因熱輸入量大，容易產生較為明顯的變形，成為研究重點。

焊接分析中的關鍵問題包括：

1. 熱源定義：焊接熱源具有高斯分布，與普通傳熱分析不同，需要特別處理。熱源路徑：焊接熱源隨時間移動，路徑復雜，不像普通傳熱固定在一個位置。計算效率：熱機耦合分析計算復雜，需要通過優化網格和簡化算法提升效率。

解決這些問題的常用方法是通過Fortran子程序和Python腳本定義熱源和熱源路徑，并在計算中改進網格和算法以提升效率。

熱源模型

焊接熱源模型是用于描述熱輸入在時間和空間上的分布的數學表達，通常用于焊接過程的數值模擬中。熱源模型的選擇和參數設定直接影響模擬結果的精度，尤其是在焊接溫度場、流場、應力和應變的計算中。

焊接熱源模型可以分為靜態熱源模型和動態熱源模型：

• 靜態熱源模型：假設熱源在焊接過程中不隨時間變化，適用于熱輸入分布較為均勻的情況。這是當前大多數焊接數值模擬中使用的模型。動態熱源模型：熱源在焊接過程中隨時間變化，更加符合實際焊接過程，但增加了計算的難度和時間成本。

在焊接過程的數值模擬中，焊接熱源具有局部集中、瞬時和快速移動的特點，易形成溫度梯度較大的不均勻溫度場，導致焊接應力和應變。熱源模型研究的關鍵問題包括：

• 熱量的分配：即熱源有多少熱量作用在工件上。熱量分布：熱量如何在工件上分布。

選擇合適的熱源形式和參數對焊接模擬的準確性至關重要。為確保模擬結果的可靠性，通常需要對熱源模型進行校核。熱源校核是通過比較模擬的熔池邊界與實際焊縫熔合線的匹配程度來確定熱源模型的合理性。

根據熱源的作用方式，焊接熱源模型可以分為：

• 點熱源：熱量集中在一個點上，適用于小范圍高熱輸入情況。面熱源：熱量分布在一個面上，適用于較大范圍的焊接過程。體熱源：熱量分布在一個體積內，用于模擬更復雜的焊接情形。

面熱源和體熱源還可以根據熱量分布的數學形式進行進一步細分。

以前看到一本國外的寫的最近寫的《使用Abaqus進行焊接模擬工程師指南》感覺寫的不是很好，又很多人問我這個該怎么做，就自己編輯了一本本《使用Abaqus進行焊接模擬工程師指南V2.0》,首先從原理上介紹了一些相關知識，然后用ANSA與abaqus分享了常見的：

• 用子程序模擬熱源的熱力耦合焊接仿真

部分子程序代碼

• 焊接仿真中如何實現生死單元

以及如何編寫程序，自動生成生死單元的排列。

• 以及攪拌摩擦焊如何實現以及注意事項

當然知識星球和公眾號《ANSA與CAE分享》中還有很多其他內容，歡迎有興趣的同學加入，一起探討進步。