焊接模擬的案例
激光焊模擬-熱源模型+附：ABAQUS與MSC.Marc焊接模擬的簡要對比
<p>近期將在技術鄰推出激光焊接的有限元模擬視頻教程，歡迎關注！</p><p>激光焊接的焊縫形貌為窄而深的“釘子狀”，通常使用復合熱源來實現，因此一般需要進行子程序開發。</p><p>下面對MSC.Marc和ABAQUS的激光焊接模擬進行簡要介紹：</p><ol><li>MSC.Marc：作為大型通用有限元軟件，在焊接模擬方面獨樹一幟，在很早的版本中就添加了焊接模塊（注意，非插件！！），提供了高斯面、雙橢球等常用焊接熱源，在設置焊接路徑和焊縫填充的設置上非常方便，其中焊縫填充過程提供了生死單元法和靜態單元法兩種方案。Marc從2016版開始，添加了柱狀熱源，將其與高斯面熱源復合，可作為激光焊的熱源模型。但是該熱源的熱流密度在厚度方向上是均勻的（沒有衰減），這與實際情況不符。常用的高斯面熱源與高斯旋轉體熱源復合而成的激光焊熱源模型，仍然需要子程序開發。</li><li>ABAQUS：同樣作為大型通用有限元軟件，與Marc同出一家，用戶眾多。在激光焊接模擬，甚至普通的焊接模擬方面，都需要子程序二次開發來實現。6.14版本時代，abaqus推出過一款插件AWI，功能還算不錯，但無奈ABAQUS求解器不支持逐漸激活，導致每焊接一步，就要建立1個（或2~3個）step，對于焊縫較多的仿真，很不方便；另外，該插件不支持選擇熱源模型，只能將焊縫單元設置為某一溫度（比如熔點）。從2016版開始，ABAQUS求解器支持了逐漸激活（EPA，ELELMENT PROGRESSIVE ACTIVATION），以實現經典應用場景：焊接與3D打印；但熱源模型和逐漸激活全都需要子程序開發，本人對新版本探索了一段時間，仍然覺得非常懵逼。
展開 基于InteWeld的焊接模擬仿真
摘 要：主要研究了基于InteWeld的焊接模擬仿真技術。首先，采用合理的焊接工藝及措施，對石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接。其次，以設置相同的焊接工藝和控制措施為前提，使用軟件InteWeld對支撐臂進行焊接虛擬仿真，獲得零件的整體變形結果。最后，對比實際生產測量值與軟件仿真計算結果，驗證使用InteWeld進行焊接模擬仿真所獲結果的準確性，為后續該項技術的推廣提供依據。
關鍵詞：支撐臂;焊接仿真;網格劃分;焊接變形;
0 引言
焊接技術是目前應用最廣泛的材料連接方式之一，同時也是歷史非常悠久的制造工藝[1]。隨著時代的發展，工程師們逐漸意識到焊接質量的好壞關乎鋼結構產品制造的成敗[2]。如何高效地提升焊接質量是工藝工程師們追求解決的核心。
而現階段，隨著計算機技術的發展，焊接模擬仿真技術應運而生，它的發展對生產制造具有十分重要的意義[3]。焊接三維仿真技術在我公司有廣泛的應用空間，隨著我公司各類新產品的增加，對結構件焊接的應力、變形、強度提出更高的要求。目前，已經多次遇到相關問題，按照以往的工藝設計經驗生產效率低下，因此需要采用先進的分析軟件加強工藝設計手段，縮短產品的研發制造周期[4]。
本文選取石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接和模擬仿真對比分析。由于其結構特點為長桿型，焊接時熱量集中，結構具有一定的拘束度，且板厚較薄，焊后易變形，因此需要采用合理的焊接工藝及措施控制焊接變形。本文對支撐臂進行三維建模、有限元網格劃分，并利用軟件InteWeld進行焊接模擬仿真。將仿真計算結果與實際焊接變形量進行對比，驗證仿真結果的可靠性，可為后續使用此項技術研究焊接變形提供重要的依據和可靠的數據支撐。
1 支撐臂的焊接
以石油鉆機自動化設備中的支撐臂作為焊接生產實例。支撐臂是典型的長桿結構，其三維模型如圖1所示。
展開 鋼結構焊接的Ansys數值模擬
摘 要：鋼結構主要的連接方法為焊接連接。準確的焊接模擬對節點承載力、焊接變形等分析具有重要的意義。利用Ansys軟件可以實現焊接的數值模擬。把焊接模擬的溫度場、焊接溫度動態變化過程等數值模擬結果與前人試驗結果進行對比，結果表明，采用Ansys軟件進行三維實體建模、并結合生死單元技術模擬焊接過程，求解溫度場與應力應變場，其結果與實際焊接情況具有高度的一致性，溫度場與雷卡林試驗溫度場吻合較好；焊縫附近各點的溫度變化與橫截面上的殘余應力結果，與實際焊接情況相符。此結論為Ansys軟件進行工程結構的焊接模擬的可靠性分析提供了實用的參考價值。
關鍵詞：鋼結構；Ansys數值模擬 ；焊接溫度場；殘余應力
引言
眾所周知，鋼結構的主要連接方法為焊接連接、螺栓連接和鉚釘連接，其中焊接連接是最為常見的、應用最多的連接方法之一[1]。在眾多的焊接方法當中，電弧焊由于設備輕便、搬運靈活、適合于鋼結構的施工作業等特點，成為主要的焊接方法。電弧焊就是在鋼構件連接處，借助電弧放電所產生的高溫，將置于焊縫部位的焊條或焊絲金屬熔化，同時將工件的表面熔化，形成焊接熔池，將兩塊分離的金屬熔合在一起，從而獲得牢固接頭的焊接方法。
焊接過程中，熔池內形成高溫液態金屬，熔池外部熱影響區和母材區域固體傳熱，導致焊接前后溫度的劇烈變化，從而在焊接結構內部產生殘余應力和殘余應變，外部產生殘余變形[2]。在某種程度上，殘余應力會影響到結構的承載能力，殘余變形會導致鋼結構施工安裝困難，殘余應變在使用過程中的釋放會影響到結構后期的正常使用。所以研究鋼結構焊接過程具有很大的實際意義。
計算機技術的飛速發展推動了數值模擬在結構焊接中的應用[3]。焊接數值分析軟件也日趨增多，其中Ansys由于功能強大、計算結果可靠、操作簡便等特點，成為目前土木工程領域常用的有限元軟件之一。
展開 焊接模擬
焊接是指被焊工件的材質（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質達到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。按其工藝過程的特點分有熔焊,壓焊和釬焊三大類。
焊接的數值模擬分為結構和流體兩塊，常見的焊接模擬軟件包括：Sysweld、MARC、ANSYS、ABAQUS、FLOW-3D、FLUENT等。
焊接模擬考慮的因素較多，包括熱傳導、電磁場、激光反射、多相流、自由表面、摩擦攪動等，以求得精確的焊縫形態、深度、強度等結構。
參考資料：http://service.caenet.cn/industry20
展開 
使用Abaqus進行焊接模擬工程師指南V2.0
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。
展開 Workbench的焊接模擬過程（高斯移動熱源）
一直以來，都是用ANSYS經典做焊接模擬的，前兩天用ANSYS Workbench做了一個焊接模擬過程，我查閱了很多文獻和網絡資料，沒有人用Workbeach做焊接模擬，所以也不確定我做的是否完全正確，望高手斧正。
問題闡述：三維平板堆焊焊接殘余應力分析，先分析焊接溫度場，然后轉化為結構分析焊接殘余應力，板材模型為0.2×0.2×0.006m，焊接速度10mm/s。考慮其對稱性，建立了板材的一半模型進行分析。
模型如圖所示。
一半模型
靠近焊縫的部位網格要細化。
網格劃分
對加熱的表面named selection為A1、A2，因為后面的高斯熱源加載采用的是APDL，為后面加高斯熱源作準備。
加載熱源面
設置好瞬態熱分析的步長和對流條件，插入Command定義高斯熱源。
*DEL,_FNCNAME
*DEL,_FNCMTID
*DEL,_FNC_C1
*DEL,_FNC_C2
*DEL,_FNC_C3
*DEL,_FNCCSYS
*SET,_FNCNAME,'GAOSI'
*DIM,_FNC_C1,,1
*DIM,_FNC_C2,,1
*DIM,_FNC_C3,,1
*SET,_FNC_C1(1),2000
*SET,_FNC_C2(1),0.01
*SET,_FNC_C3(1),0.007
*SET,_FNCCSYS,0
! /INPUT,HANJIE.func,,,1
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,19,1,,,,%_FNCCSYS%
!
展開 SYSWELD 專業的焊接、焊接裝配、和熱處理模擬軟件
<SPAN style="COLOR: #fcab40; FONT-FAMILY: Wingdings; mso-special-format: bullet; mso-bullet-image: 'C:
OCUME~1si-mjxLOCALS~1Tempmsohtml1 lip_image001.gif'; mso-color-index: 4">Sysweld是法國ESI為模擬焊接、熱處理和焊接裝配而開發的專業三維有限元分析系統。該系統是迄今為止國際上唯一包含晶相轉變的工業化軟件。可以模擬整個熱加工過程中的晶相組織、化學元素的偏析與擴散、溫度場、應力場、硬度、變形等各種信息。
<SPAN style="COLOR: #fcab40; FONT-FAMILY: Wingdings; mso-special-format: bullet; mso-bullet-image: 'C:
OCUME~1si-mjxLOCALS~1Tempmsohtml1 lip_image001.gif'; mso-color-index: 4">
焊接模擬的特點：
<SPAN style="COLOR: #fcab40; FONT-FAMILY: Wingdings; mso-special-format: bullet; mso-bullet-image: 'C:
OCUME~1si-mjxLOCALS~1Tempmsohtml1 lip_image001.gif'; mso-color-index: 4">1）熱和冶金相變的耦合.
展開 焊接模擬圖例
焊接模擬圖例
焊接模擬中雙熱源的加載 ￥39
焊接模擬中雙熱源的加載
溫度顯示如下所示
熱功率顯示如下
該類分析的要點為以下
選擇功率加載的面
熱源函數在ANSYS的函數中生成命令apdl
雙熱源需要雙熱源函數，之前是分別寫兩個位置的函數，現在只需要寫一個函數既可，將兩個函數相加可以完成需要的運動方向
瞬態分析
注意移動方向的網格一定要加密，否則會出現斷續的結果，效果不理想
以下為仿真的workbench源文件，計算后即可查看結果
添加公眾號 CAE_ANSYS
ansys焊接模擬交流群
大家好
我建了一個群，關于ansys焊接模擬的，希望學焊接的朋友踴躍加入
群號73846283
異種材料攪拌摩擦焊接模擬
我在用顯示動力學方法做異種材料攪拌摩擦焊接模擬時，總是出現大變形，網格畸變，有哪位大佬會啊，教教孩子，可有償！
激光燒蝕接口(或焊接)模擬 ￥499
對于很多利用有限元來模擬激光燒蝕的小伙伴來說，還未接觸過不同種材料接口處燒蝕的模擬。
不同種材料接口處由于材料的屬性的不同很容易導致模擬不收斂，這里筆者很好地大家解決了這個問題。
作者利用多個模塊耦合，并同時考慮了材料的熔化和蒸發作用，完美展示了異質材料燒蝕的結果，如下圖，左邊是鋁，右邊是鎂。
這個模型可以用到焊接模擬和其他方面的模擬。
熱處理、焊接模擬和焊接裝配軟件SYSWELD介紹
系統主要功能模塊和模擬向導：
Heat treatment Advisor 熱處理向導
Welding Advisor 焊接向導
Assembly Advisor 裝配模擬向導
WELD ADVISOR焊接模擬向導
模擬工具
SYSWELD內置了一系列非常有效的工具軟件，用于獲取和校驗熱物理模擬的物理數據，如熱傳導系數校驗工具，焊接熱源校驗工具，材料CCT曲線校驗工具，材料冷卻曲線校驗工具等等。采用工具軟件，能準確地獲取模擬所需要的物理數據。
熱傳導系數校驗工具
模型設置
高效友好的用戶界面，用戶能將精力集中于物理問題，而非耗散在軟件使用上；
? 獨特的工藝向導技術(Advisor),將復雜的物理問題簡單化，條理化，事半功倍；
? 對于工業用戶，向導模板可以解決超過95%的工業問題；
? 對于高級用戶，高級模塊(Expert User)可以滿足各種獨特的需求，內置的SIL語言可實現無限的用戶接口和軟件客戶化。
SYSWELD的標準用戶界面
材料數據
得益于長期的合作開發和工業驗證，SYSWELD的材料數據庫包含了熱、與溫度和相成分相關的異常復雜的機械和冶金材料數據庫。在商業版本中，直接著名鋼鐵、鋁合金和灰鐵廠商的材料已經包含在內。
展開 草地-焊接模擬課程大綱-一段（基礎篇）-15課
課程介紹：
無論是焊接，3D打印，激光打孔/修復/切割/淬火，還是磨削，移動路面加熱等相關熱分析，甚至包括一些結構分析，對于基礎的參數定義，模型建立，網格劃分等都具有一定的通用性。因此，本課程針對ANSYS基礎做了GUI和APDL命令流的交互式講解與實際操作。另外，針對焊接的高斯熱源做了實例性全APDL命令流講解。通過本課程內容，可以快速掌握ANSYS入門技巧，為今后的提高打下良好的基礎。
課程目的：
掌握ANSYS熱分析基本過程，為今后打下良好操作基礎。
掌握ANSYS熱分析相關APDL命令。
學完本課可以自信的對別人說：我這次真的算入門了！
適用對象：
有興趣，想學的！
無興趣，但沒辦法不得不學的！
課程查看我的視頻課程
001-草地-焊接模擬課程大綱-一段（基礎篇）-15課.pdf
展開 論焊接，3D打印模擬的熱源模型——焊縫、3D打印高度變換模擬
論焊接，3D打印模擬的熱源模型
—焊縫/3D打印高度變換模擬實例
----草地 2016.08.08
焊接、3D打印是難度相對較高的數值模擬過程，在模擬溫度場及應力場過程中，至關重要的是如何進行熱源函數的建立和加載，同時配以符合實際試驗工況的邊界條件才能模擬出相對準確的效果。
在眾多熱源模型中，雖然高斯面熱源作為眾多文獻引用的模型被廣泛使用，但對于厚板焊接，激光深孔效應，多道多層復雜形狀焊縫，3D復雜形狀打印等，都是無法滿足要求的。所以，體熱源模型被越來越多的應用和給予重視。
典型的函數體熱源是高斯旋轉體熱源（也可看做椎體熱源）和雙橢球熱源，也包括一些組合型熱源（比如高斯面熱源組合柱狀體熱源等）。這些體函數熱源在一些權威文獻中得到了驗證，其模擬效果確實精于普通的高斯面熱源。但是，體函數熱源也有其限制，對熱源函數加載區的網格密度要求較高，若想描述一個體熱源函數，在X,Y,Z任意一個方向上都要有至少十幾個節點（甚至更多吧）來描述函數在該方向上的變化，然后施以變化的節點熱流密度。而且，在這一過程中，還要能夠精確的選取到想要的節點才行，也就是對節點的坐標控制也要較為精確。因此，想施加體函數熱源對網格的基本要求是：1網格較密；2均勻的網格劃分來獲得較好選取的坐標用以后續的坐標變換控制熱源移動。
關于生死單元，目前應用也特別多，尤其對于有焊縫熔敷金屬填充的焊接工藝，生死單元幾乎是必選方案，對于3D打印，生死單元也是必選的方法之一。這里明確一點：利用殺死和激活單元并不屬于熱源模型的一部分，只是利用單元的生死來模擬材料的填充過程而已。因此，生死單元法其實是可以配合任何一種熱源模型的。比如，如果條件允許是完全可以做到生死單元+雙橢球熱源這種模擬方法的。
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