ansys焊接變形仿真的案例
設(shè)計(jì)仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
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通過關(guān)注的6個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過與實(shí)際物理試驗(yàn)掃描結(jié)果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實(shí)際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個(gè)誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個(gè)仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實(shí)現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實(shí)際的制造工藝鏈。
展開 ESI集團(tuán)SYSWELD焊接仿真軟件更新！針對船舶行業(yè)大型部件焊接變形提供更優(yōu)解決方案
對于造船業(yè)，SYWELD 2019有助于預(yù)防或減輕焊接引起的扭曲，減少試制所需的成本和時(shí)間。 軟件新的開發(fā)確保了大型焊接件中厚板及多道焊的變形控制，解決船舶業(yè)中焊接變形的常見問題。
針對車間生產(chǎn)，SYSWELD 2019可以通過簡化的直觀界面提供焊接順序計(jì)劃的優(yōu)化，提供專用的自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能和簡單的模型設(shè)置。 制造工程師可以快速識(shí)別主要負(fù)責(zé)變形的焊縫，并研究各種工藝參數(shù)變化的影響，包括排序，夾緊和預(yù)熱。
Conclusion
?基于殼體、實(shí)體、殼體/實(shí)體網(wǎng)格，大型工業(yè)模型可進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分和簡單的模型設(shè)置；
?快速評估導(dǎo)致主要變形的焊縫；
?簡化、直觀的解決方案以便缺少FEA經(jīng)驗(yàn)的用戶進(jìn)行分析。
Benefits
?通過用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行焊接順序優(yōu)化從而控制大型焊接組件中的變形；
?允許用戶快速研究更改焊接順序，夾緊，預(yù)熱等造成的影響；
?防止焊接引起的變形，保證交付時(shí)間和成本控制。
The following engineer tools have been updated：
?工具箱CD-ROM：包含教程，用戶指南和工程指南（英文版本）。
?工程指南：涵蓋所需的背景知識(shí)，您可以立即動(dòng)手解決焊接和裝配及熱處理問題。
展開 案例分享 | 基于Simufact的前縱梁點(diǎn)焊焊接變形仿真優(yōu)化
支撐夾緊及補(bǔ)焊定位點(diǎn)示意圖
c）搭接間隙管控
共設(shè)計(jì)兩種方案用于評價(jià)搭接間隙對三面搭接焊接變形的影響。
兩種搭接間隙管控方案
仿真結(jié)果
在使用Simufact Welding軟件對各個(gè)方案進(jìn)行仿真后，綜合以上的優(yōu)化方案仿真結(jié)論，可以得出前縱梁焊接變形的最佳優(yōu)化方案。繼續(xù)采用Simufact對最佳優(yōu)化方案進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果如下圖所示。
優(yōu)化后仿真云圖
結(jié)論
通過對比不同的方案仿真結(jié)果，可以得出有效的優(yōu)化方案。在焊接順序、工裝優(yōu)化、搭接間隙優(yōu)化三項(xiàng)對比分析中選取各自最優(yōu)的方案，并根據(jù)結(jié)論重新設(shè)置仿真模型進(jìn)行求解計(jì)算。
經(jīng)計(jì)算，前縱梁點(diǎn)焊后的變形量結(jié)果在0.6mm以內(nèi)，滿足前縱梁縱梁精度質(zhì)量要求。本案例實(shí)施方式和結(jié)論也可以推廣到其他U型三面搭接焊接結(jié)構(gòu)，為精度管控提供有效的方案參考。
總結(jié)
本文通過以點(diǎn)帶面，分析“U”型搭接結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)優(yōu)化和實(shí)物對比，對于其他結(jié)構(gòu)的焊接變形的分析提出一個(gè)分析的流程和參考。
通過采用Simufact仿真技術(shù)，對焊接變形進(jìn)行仿真和對策實(shí)施，在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時(shí)可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
本文通過以點(diǎn)帶面，分析“U”型搭接結(jié)構(gòu)的焊點(diǎn)優(yōu)化和實(shí)物對比，對于其他結(jié)構(gòu)的焊接變形的分析提出一個(gè)分析的流程和參考。
通過采用Simufact仿真技術(shù)，對焊接變形進(jìn)行仿真和對策實(shí)施，在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時(shí)可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
采用Simufact Welding焊接仿真軟件，對各項(xiàng)焊接方案進(jìn)行虛擬測試，可協(xié)助用戶在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時(shí)可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
文章來源：麥克斯樂
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分析示例 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)
一些結(jié)構(gòu)焊接工藝的規(guī)劃，經(jīng)過Simufact welding仿真驗(yàn)證后，幫助其提升了焊接變形質(zhì)量控制，受益明顯。
以下案例來自上海大眾汽車有限公司，展示了Simufact welding焊接工藝仿真軟件變形結(jié)果與實(shí)際焊接變形結(jié)果對比。結(jié)構(gòu)分別為B柱熱成型板激光焊接案例以及白車身側(cè)圍門框焊接變形。
上海大眾汽車有限公司通過使用Simufact welding焊接仿真軟件，深刻認(rèn)識(shí)到精確的仿真結(jié)果需要結(jié)合實(shí)際焊接工藝仿真，如下圖所示為實(shí)際焊裝、焊接順序工藝。
實(shí)際焊裝及焊接順序
Simufact welding焊接仿真軟件可以導(dǎo)入實(shí)際焊接夾具的工裝模型，按照工裝夾具的作用類型、作用力、作用時(shí)間等設(shè)置，焊接順序、焊接工藝參數(shù)等也可以按照實(shí)際焊接工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
Simufact welding仿真模型
為了獲得更精確的結(jié)果，需要進(jìn)行熱源校核，以保證仿真的熔池與實(shí)際熔池尺寸對應(yīng)。Simufact welding具有熱計(jì)算功能，并且具有焊槍監(jiān)視器功能，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控焊接，快速高效的校核出熱源模型。
Simufact welding具有表面偏差功能，可以實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果與CAD設(shè)計(jì)模型、掃描結(jié)果進(jìn)行比較分析，方便更直觀的對變形進(jìn)行詳細(xì)分析。不僅如此，還同樣支持變形分量的對比，用以研究主要變形方向的變形結(jié)果。如下圖所示，對比了仿真結(jié)果與實(shí)際掃描結(jié)果，根據(jù)對比，仿真結(jié)果與實(shí)際掃描結(jié)果對應(yīng)非常好。
通過關(guān)注的6個(gè)測量點(diǎn)的數(shù)據(jù)對比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
展開 網(wǎng)絡(luò)課 | ANSYS焊接機(jī)器人仿真相關(guān)案例分享
6、課程收獲
●了解焊接機(jī)器人可進(jìn)行有限元模擬仿真的分析工況，以及具體使用哪些分析模塊來進(jìn)行相應(yīng)的工況模擬；
●基本掌握機(jī)器人整機(jī)和工裝夾具靜態(tài)受力變形分析、振動(dòng)分析以及多體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析流程；
●熟悉激光焊熱應(yīng)力/熱變形和攪拌摩擦焊仿真分析流程。
Ansys Workbench 膠粘凝固過程，變形等效仿真 ￥15
問題：
最近遇到一個(gè)仿真項(xiàng)目：一個(gè)光滑薄板粘貼在基板上，要求評估膠粘凝固后平面的變形量。作為一位結(jié)構(gòu)仿真工程師，關(guān)于膠粘凝固過程的仿真——膠水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，似乎和結(jié)構(gòu)仿真沒什么關(guān)系，自己也不知道如何進(jìn)行計(jì)算。所以就查詢了deepseek和豆包，然后就知道了ansys官方已經(jīng)針對該問題設(shè)計(jì)了一個(gè)ACT插件專門用于模擬膠粘凝固過程的仿真： ACCS Ansys Composite Cure Simulation （收費(fèi)插件，人窮志短買不起，哎！）
然后就查詢了一些關(guān)于膠粘過程的論文，其中“車身制造用鋁合金-鋼膠接接頭固化變形及固化失效機(jī)理研究-朱曉搏”寫的比較詳細(xì)，指出膠粘過程大致階段如下，詳細(xì)內(nèi)容請參考原文。
? 第一階段：從開始加熱起始直至溫度升高到膠層的凝膠點(diǎn)結(jié)束。在這一階段中，膠層為粘流態(tài)，表現(xiàn)為高粘度的流體。
? 第二階段從膠粘劑凝膠開始，經(jīng)歷整個(gè)保溫階段至溫度下降到玻璃化溫度為止。整個(gè)階段，膠層處于高彈態(tài)。這一階段是整個(gè)固化過程中膠層屬性最為復(fù)雜的階段。包括膠層固化反應(yīng)收縮和溫度、膠層狀態(tài)等多方面因素共同影響。
? 第三階段由玻璃化溫度開始直至膠層溫度冷卻至室溫。在此階段中，膠層完全固化，處在玻璃態(tài)，其物理屬性只與溫度相關(guān)。在此狀態(tài)下，膠層的鏈段被凍結(jié)，變形能力很小，具有較高的模量。
這里結(jié)合當(dāng)前工作需求和實(shí)際狀態(tài)，以上述論文中的膠粘凝固過程為基礎(chǔ)，嘗試了一個(gè)偷懶的仿真方式。其中論文中的第一階段，膠層為流體狀態(tài)，結(jié)構(gòu)變形應(yīng)力，不予考慮；論文中的第二階段，這里只考慮膠層的固化反應(yīng)體積收縮，其余不考慮。同時(shí)該階段膠層材料的物理屬性由固化后屬性按比例衰減估計(jì)；論文中的第三階段則為降溫體積收縮過程。所以，本文針對膠粘固化過程的仿真變?yōu)閮蓚€(gè)階段。
展開 ANSYS Mechanical在焊接仿真中的應(yīng)用
ANSYS Mechanical在焊接仿真中的應(yīng)用
王建
[ 摘 要 ] 焊接作為一個(gè)牽涉到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)等各學(xué)科的復(fù)雜過程，其涉及到的傳熱過程、金屬的融化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等是企業(yè)制造部門和設(shè)計(jì)人員關(guān)心的重點(diǎn)問題，采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方式對于厚鋼板的焊接等特殊工藝無法進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)，因此本文針對焊接數(shù)值模擬的基本理論進(jìn)行了闡述，同時(shí)對于焊接仿真與ANSYS軟件的結(jié)合提出了建議，并結(jié)合實(shí)際情況詳細(xì)介紹了ANSYS軟件進(jìn)行焊接仿真的具體應(yīng)用技巧，通過采用仿真方式進(jìn)行模擬，對傳熱過程、焊后應(yīng)力場進(jìn)行模擬，用來幫助確定焊接時(shí)結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計(jì)、工藝方法和焊接參數(shù)等。
[ 關(guān)鍵詞 ] 熱源模型 熱彈塑性有限元法 生死單元 ANSYS
1 前言
焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的工藝，在材料加工領(lǐng)域一直占有重要地位。焊接是一個(gè)涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)等各學(xué)科的復(fù)雜過程，其涉及到的傳熱過程、金屬的融化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等是企業(yè)制造部門和設(shè)計(jì)人員關(guān)心的重點(diǎn)問題。焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。這些缺陷的產(chǎn)生主要是焊接時(shí)不合理的熱過程引起的。由于高能量的集中的瞬時(shí)熱輸入，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力和變形，影響結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。因此對于焊接溫度場合應(yīng)力場的定量分析、預(yù)測有重要意義。
傳統(tǒng)的焊接溫度場和應(yīng)力測試依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)或基于統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)的半經(jīng)驗(yàn)公式，但此類方法帶有明顯的局限性，對于新工藝無法做到前瞻性的預(yù)測，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本急劇增加，因此針對焊接采用數(shù)值模擬的方式體現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢。
ANSYS作為世界知名的通用結(jié)構(gòu)分析軟件，提供了完整的分析功能，完備的材料本構(gòu)關(guān)系，為焊接仿真提供了技術(shù)保障。
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問題：
在工作過程中有時(shí)會(huì)遇到某些仿真類型，是需要進(jìn)行帶有預(yù)應(yīng)力的仿真。但是WB中預(yù)應(yīng)力在模塊之間的傳遞，似乎預(yù)應(yīng)力模態(tài)可以直接傳遞。而兩個(gè)靜力模塊可以傳遞變形后的幾何，但是不能傳遞預(yù)應(yīng)力。
問題示例大致如下：
板子初始是平板狀態(tài)，安裝后工作狀態(tài)是貼合一個(gè)弧面，并通過四個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行連接固定，板子安裝后存在回彈力。
現(xiàn)在需要評估板子安裝變形預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下，連接面的回彈力。
仿真思路：
仿真對象是一個(gè)有初始應(yīng)力的彎曲板，但是曲面形狀實(shí)際可能不是正常弧線而是曲面。
因此仿真步驟大致需要兩步：
第一、初始平板變形為曲面形狀，提取板子的應(yīng)力狀態(tài)；
第二、板子在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生彈性回復(fù)力，查看彈性回復(fù)力在連接位置的大小。
第一步的仿真方法：
模擬擠壓形式，在初始平板兩側(cè)使用變形后的彎曲板進(jìn)行擠壓變形。
擠壓變形
第二步的仿真方法：
加載板子的變形預(yù)應(yīng)力，按裝配狀態(tài)連接，計(jì)算連接處的彈性變形力。
但是：在第一步加載的時(shí)候就不是很容易實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)夾層面需要設(shè)定接觸面進(jìn)行接觸非線性仿真，經(jīng)常發(fā)生接觸面穿透現(xiàn)象，需要小載荷步，多次調(diào)試。
即使擠壓方式?jīng)]有穿透，應(yīng)力分布也不是很均勻。
此處先擱置擠壓法的計(jì)算過程不提，假設(shè)已經(jīng)獲得預(yù)期的初始變形應(yīng)力。
繼續(xù)進(jìn)行第二仿真步，傳遞板子的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)；
預(yù)應(yīng)力的傳遞方法在微信公眾號文章：“ansys分析中如何考慮殘余應(yīng)力影響？”中提及了兩種方法，這里分別測試如下：
方法一：使用external Data模塊
首先，在步驟一初始板子變形，有正確應(yīng)力分布的結(jié)果中，分別提取X、Y、Z、XY、YZ、ZX六個(gè)方向的法向應(yīng)力和切向應(yīng)力。
展開 ANSYS Workbench在焊接仿真中應(yīng)用技術(shù)分類
ANSYS Workbench在焊接仿真中應(yīng)用技術(shù)分類
作者：大龍貓 微信公眾號：CAE_ANSYS
焊接仿真主要考察的是移動(dòng)的一個(gè)熱源，隨著時(shí)間在空間而不斷的移動(dòng)，熱量加載到物體的表面來模擬焊接，結(jié)果查看的是隨時(shí)間變化的溫度，進(jìn)一步查看的是由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力，更進(jìn)一步查看溫度產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 焊接仿真在實(shí)際使用中越來越多的得到了應(yīng)用，一般關(guān)注的為焊接的溫度和殘余應(yīng)力或者變形。根據(jù)目前關(guān)于焊接類型的仿真分析，結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)分析類型和要點(diǎn)，包括不同類型的分析和部分路徑相關(guān)的分析。作者專注于ANSYS系列軟件， 所以目前所有的分析都是采用ansys來完成的，而使用ansys workbench越來越多，故以下分類的結(jié)果是在ansys workbench中完成的。
模擬焊接用的熱源分為高斯熱源、錐型熱源、雙橢球熱源、圓柱熱源等，本次主要考慮高斯熱源的應(yīng)用，而其他熱源主要是模擬函數(shù)的不同所致，查找不同函數(shù)來替換即可。
1. 高斯移動(dòng)熱源直接加載到焊接位置表面
這種方法是直接加載一個(gè)移動(dòng)的熱源，添加到平板，主要適用于平板大，焊料少，焊料的存在與否對整體溫度影響不大，熱源加載到平板的表面
具體結(jié)果如下圖所示，添加溫度結(jié)果可以查看需要的結(jié)果。
展開 干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應(yīng)力仿真應(yīng)用
激光焊接具有功率密度高、熱影響區(qū)和熱變形小、焊縫深寬比大、焊接質(zhì)量高等許多優(yōu)點(diǎn)，此外，激光焊接還具有加工區(qū)域細(xì)小、能量密度高、熱源易控制、熱影響區(qū)窄等特點(diǎn)。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(tái)可直接對焊接過程進(jìn)行熱固耦合數(shù)值求解，進(jìn)而得到給定工藝參數(shù)條件下的溫度場和應(yīng)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(gè)部件，采用掃描方法劃分六面體網(wǎng)格，板材厚度方向上，定義三層網(wǎng)格以捕捉彎曲變形效果；材料選用普通結(jié)構(gòu)鋼。
網(wǎng)格模型
1.激光焊過程瞬態(tài)熱分析
為了仿真激光焊接過程產(chǎn)生的熱場分布，必須建立精確地?zé)嵩础τ谶@種移動(dòng)熱源施加問題，可以借助ANSYS軟件的ACT工具“Moving_Heat_Flux”實(shí)現(xiàn)高斯熱源載荷設(shè)置：移動(dòng)熱流率或移動(dòng)熱能量兩種方式。
移動(dòng)熱流率源載荷：
熱動(dòng)熱能量源載荷：
本案例中，采用移動(dòng)熱流率載荷，熱源移動(dòng)速度為5 mm/s，從初始時(shí)刻起，作用總時(shí)間44 s，激光能流量強(qiáng)度為7.5 w/mm2，作用區(qū)域半徑5 mm。結(jié)構(gòu)外表面設(shè)置對流換熱條件，環(huán)境溫度22度。
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基于Meshfree和ANSYS Mechanical的水箱流道的變形仿真分析
1.問題描述及仿真模型
為同時(shí)滿足自動(dòng)掃地和拖地的功能，某品牌掃地機(jī)器人配備了電控水箱，通過蠕動(dòng)泵將水箱內(nèi)的水帶入到流道中，最終通過流道的出水孔均勻的流出至地面。由于流道是緊密裝配在機(jī)構(gòu)中，受到了一定的約束和力的作用導(dǎo)致其發(fā)生了一定的變形，而變形后的流道會(huì)影響各出水口的出水效果，各出水口流量分配不均勻?qū)е峦系匦Ч缓谩Ｒ虼耍瑴p小流道的變形幅度在流道設(shè)計(jì)中是一個(gè)很重要的問題。本文分別通過Meshfree和ANSYS Mechanical軟件計(jì)算同樣約束條件和載荷條件下流道的變形，比較兩款軟件計(jì)算結(jié)果的精確性與一致性。
仿真模型如圖1所示。
圖1 水箱流道仿真模型
2.Meshfree計(jì)算分析
新建一個(gè)線性靜力分析，導(dǎo)入建立好的CAD模型。
圖2 建立仿真模型
新建材料ABS，具體材料參數(shù)見圖3，并將ABS材料賦予導(dǎo)入的幾何模型。
圖3 定義ABS材料的參數(shù)
在流道的進(jìn)水口和兩個(gè)出水口的內(nèi)壁面施加自由約束，如圖4所示。
圖4 施加約束
在流道的上表面施加向下的均布載荷力5N，如圖5所示。
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