可以實(shí)現(xiàn)任意路徑的焊接過(guò)程分析

焊接一般是指采用加熱的方式將焊材融化并將兩個(gè)被焊接件進(jìn)行連接的工藝，可能有電加熱、燃?xì)饧訜岬榷喾N形式熱源，甚至還有摩擦生熱的方式。但無(wú)論哪種加熱方式，都需要有一個(gè)升溫、降溫的過(guò)程，即升溫時(shí)材料要膨脹、軟化（強(qiáng)度變?nèi)酰苄孕阅苊黠@），冷卻時(shí)要回縮、硬化。

這個(gè)過(guò)程給工程上帶來(lái)一系列的問(wèn)題：熱應(yīng)力問(wèn)題、熱變形問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，很多結(jié)構(gòu)還需要實(shí)施退火、矯正變形等工藝。焊接引起的熱應(yīng)力是不均勻的，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、焊道越多，熱應(yīng)力越復(fù)雜，因此很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得一個(gè)結(jié)構(gòu)的完整的熱應(yīng)力狀態(tài)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真的方法，模擬整個(gè)焊道的形成過(guò)程，便可以獲得與實(shí)際相符的溫度場(chǎng)的變化情況以及熱應(yīng)力的分布情況。現(xiàn)以一個(gè)車(chē)橋的橋殼焊接過(guò)程為例，演示一下采用計(jì)算機(jī)仿真分析方法模擬焊接的過(guò)程。

從本質(zhì)上講，焊接分析過(guò)程是一個(gè)瞬態(tài)傳熱的過(guò)程，在ABAQUS或其它主流CAE軟件中，主要采用單元生死方法或子程序控制熱源的移動(dòng)位置來(lái)模擬焊接的逐步完成的過(guò)程。單元生死法需要在每一個(gè)新的step中激活一小段焊線，因此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而程序控制熱源的方式，需要手動(dòng)編寫(xiě)程序，使得熱源可以沿著指定的路徑移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)焊接。但是問(wèn)題來(lái)了，直線、規(guī)則曲線或者任意可以用公式描述的曲線當(dāng)然可以編程實(shí)現(xiàn)，但是很多的結(jié)構(gòu)焊線是不規(guī)則的三維空間曲線，編程者束手無(wú)策了。

本例也是采用熱源逐漸移動(dòng)的方式模擬焊接，但是不是通過(guò)程序來(lái)控制熱源移動(dòng)，而是通過(guò)焊線自身的形狀讓熱源沿著焊線行走，因此可以模擬任意路徑的焊線，并且中間可以實(shí)現(xiàn)焊qiang位置的跳躍。例如我想在這個(gè)橋殼上實(shí)現(xiàn)這種焊線的模擬：

該定義的材料熱力學(xué)參數(shù)一個(gè)也不能少，不再敘述，需要根據(jù)焊線特點(diǎn)定義幾個(gè)傳熱分析步，當(dāng)然越少越好，由于采用的是瞬態(tài)分析過(guò)程，分析步的焊接實(shí)際于實(shí)際工藝焊接時(shí)間是對(duì)等的，當(dāng)然計(jì)算量也會(huì)很大：

與傳熱相關(guān)的壁面散熱、熱輻射等均可以根據(jù)需要進(jìn)行定義，然后根據(jù)焊qiang的有效功率定義焊縫處的熱流密度：

由于需要考慮熱變形，因此采用熱-位移耦合的單元類(lèi)型：

計(jì)算后我們就得到了與實(shí)際焊接過(guò)程一致的分析結(jié)果，某時(shí)刻應(yīng)力分布：

焊接過(guò)程溫度場(chǎng)變化

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