焊接仿真ansys的案例
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。
展開 網(wǎng)絡(luò)課 | ANSYS焊接機(jī)器人仿真相關(guān)案例分享
1、課程簡介
對于焊接機(jī)器人而言，焊接質(zhì)量非常重要，而焊接質(zhì)量主要受機(jī)械手定位精度和焊接工藝參數(shù)等方面的影響。本文重點(diǎn)就焊接機(jī)器人定位精度和焊接工藝參這兩方面的內(nèi)容進(jìn)行展開，詳細(xì)介紹ANSYS的相關(guān)仿真應(yīng)用案例以及具體的仿真流程方法。
2、課程時(shí)間
4月27日（15:00-16:30）
3、適用人群
機(jī)器人、自動化設(shè)備、工裝夾具、焊接工藝等相關(guān)技術(shù)人員。
4、講師介紹
陳 猛（Ansys資深結(jié)構(gòu)工程師、陽普科技金牌講師）
碩士畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。擁有8年CAE仿真工作經(jīng)驗(yàn)，負(fù)責(zé)并參入了多項(xiàng)國基項(xiàng)目和工程項(xiàng)目，如超聲波振動系統(tǒng)的研究，硬脆性材料加工過程裂紋擴(kuò)展的研究，電梯轎架靜動載解析問題，新能源電池包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題，壓縮機(jī)配管系統(tǒng)振動噪聲問題等。目前在陽普科技擔(dān)任ANSYS結(jié)構(gòu)工程師一職，負(fù)責(zé)ANSYS結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的售前/售后技術(shù)支持以及仿真項(xiàng)目咨詢工作，擁有較為豐富的仿真培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)和工程項(xiàng)目仿真經(jīng)驗(yàn)。
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的一個(gè)熱源，隨著時(shí)間在空間而不斷的移動，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(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。
展開 
基于ANSYS的某焊接件兩焊縫在順序焊接過程中的分析（生死單元應(yīng)用案例）
例如，在焊接分析過程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應(yīng)用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺绬卧獙?yīng)的實(shí)體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過將其剛度矩陣，或者傳導(dǎo)矩陣（對應(yīng)于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認(rèn)值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對載荷向量生效，等效于將單元?dú)⑺溃煌瑯樱?dāng)一個(gè)單元被重新激活時(shí)，其剛度，單元載荷等恢復(fù)其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒有應(yīng)變記錄，在熱分析里面沒有熱量存儲。需要注意的是，生死單元對大部分單元可以應(yīng)用，然而對某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計(jì)算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應(yīng)力值大于材料屈服強(qiáng)度的單元?dú)⑺溃梢岳肊table選擇相應(yīng)的單元進(jìn)行殺死，繼而返回到求解器進(jìn)行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應(yīng)的分析過程是一致的，主要包括三個(gè)步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
今年隨著ANSYS19.0的推出，也帶來了一個(gè)好消息：ANSYS V19.0在Workbench界面下新增了網(wǎng)格生死功能。以往我們只能在經(jīng)典界面下進(jìn)行網(wǎng)格生死操作，或者在Workbench界面下借助APDL來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格生死，這種操作既不方便又容易出錯。V19.0以后的版本用戶可以通過簡單的菜單操作在WB界面下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格生死功能。
展開 用Simufact.welding做焊接仿真 - 一個(gè)汽車零部件的焊接過程
今天的案例，是一個(gè)用Simufact.welding完成的焊接仿真的例子，是汽車零部件的某一段，如下圖所示：
模型的設(shè)置如下圖所示，總共四條焊縫，頂蓋與上下片之間的圓形焊縫，分成了兩個(gè)半圓，分別從一段焊至半圓的另一端，然后再將上片與下片的兩側(cè)連接處進(jìn)行焊接。
值得一提的是，該模型的網(wǎng)格細(xì)節(jié)。在三部分（頂蓋，上片和下片）接觸處的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都是自由劃分的，在Hypermesh中完成該網(wǎng)格的劃分只需要幾個(gè)簡單的步驟。導(dǎo)入之后，設(shè)置一個(gè)網(wǎng)格尺寸，就可以進(jìn)行thin solid的總體六面體網(wǎng)格自動劃分，五分鐘內(nèi)完成。最后分別導(dǎo)出成網(wǎng)格文件，導(dǎo)入進(jìn)Simufact.welding中。而對于四條焊縫的網(wǎng)格，則是在Simufact.welding中自動生成的。
眾所周知，網(wǎng)格對于有限元計(jì)算是至關(guān)重要的，不僅關(guān)系到結(jié)果的精確度，更直接的會導(dǎo)致計(jì)算是否收斂，能否正常結(jié)束的問題。所以，在焊接計(jì)算中，往往前處理劃分網(wǎng)格、焊接的設(shè)置及夾具的添加等等會占用很多時(shí)間。而Simufact.welding軟件的兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是網(wǎng)格不需要節(jié)點(diǎn)匹配，另一個(gè)是焊接網(wǎng)格的自動生成，能夠極大地提高前處理所占用的時(shí)間，具有很明顯的應(yīng)用價(jià)值。
在完成所有的前處理工作后，如下圖所示，這里我就不重復(fù)軟件操作的過程了，大家對軟件操作有疑問的可以參考我發(fā)的另一個(gè)關(guān)于基礎(chǔ)操作教程的帖子。
在計(jì)算中，開啟網(wǎng)格自動的細(xì)化和粗化。
在Intel Core i7處理器上采用兩個(gè)核并行計(jì)算，計(jì)算總時(shí)間為1h20min（設(shè)置好之后提交電腦進(jìn)行計(jì)算，然后看一集電視劇的功夫就可以回來看結(jié)果啦~ ）。如下圖的溫度和變形的結(jié)果：
變形的結(jié)果中，顯示了夾具的作用力的方向。及焊接完成后，有一段的自由冷卻時(shí)間，將夾具等邊界條件進(jìn)行卸載，查看自由狀態(tài)下的變形情況。
展開 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)
，與實(shí)際掃描結(jié)果對比，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致性較好，驗(yàn)證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側(cè)圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實(shí)際掃描結(jié)果對比，仿真結(jié)果與實(shí)際變形結(jié)果對應(yīng)較好，再次驗(yàn)證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對焊接工藝過程的仿真，可以對焊接工藝參數(shù)、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進(jìn)行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應(yīng)力、熔池、熱影響區(qū)、相組織、溫度場等進(jìn)行仿真分析，代替或減少物理試錯，節(jié)省人力、物力，縮短研發(fā)周期，助力焊接工藝開發(fā)。
展開 ［轉(zhuǎn)自技術(shù)鄰］用Simufact.welding做焊接仿真 - 一個(gè)汽車零部件的焊接過程
［本文轉(zhuǎn)自技術(shù)鄰］今天的案例，是一個(gè)用Simufact.welding完成的焊接仿真的例子，是汽車零部件的某一段，如下圖所示：
模型的設(shè)置如下圖所示，總共四條焊縫，頂蓋與上下片之間的圓形焊縫，分成了兩個(gè)半圓，分別從一段焊至半圓的另一端，然后再將上片與下片的兩側(cè)連接處進(jìn)行焊接。
值得一提的是，該模型的網(wǎng)格細(xì)節(jié)。在三部分（頂蓋，上片和下片）接觸處的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)都是自由劃分的，在Hypermesh中完成該網(wǎng)格的劃分只需要幾個(gè)簡單的步驟。導(dǎo)入之后，設(shè)置一個(gè)網(wǎng)格尺寸，就可以進(jìn)行thin solid的總體六面體網(wǎng)格自動劃分，五分鐘內(nèi)完成。最后分別導(dǎo)出成網(wǎng)格文件，導(dǎo)入進(jìn)Simufact.welding中。而對于四條焊縫的網(wǎng)格，則是在Simufact.welding中自動生成的。
眾所周知，
網(wǎng)格對于有限元計(jì)算是至關(guān)重要的，不僅關(guān)系到結(jié)果的精確度，更直接的會導(dǎo)致計(jì)算是否收斂，能否正常結(jié)束的問題。所以，在焊接計(jì)算中，往往前處理劃分網(wǎng)格、焊接的設(shè)置及夾具的添加等等會占用很多時(shí)間。而Simufact.welding軟件的兩個(gè)優(yōu)勢，一個(gè)是網(wǎng)格不需要節(jié)點(diǎn)匹配，另一個(gè)是焊接網(wǎng)格的自動生成，能夠極大地提高前處理所占用的時(shí)間，具有很明顯的應(yīng)用價(jià)值。
在完成所有的前處理工作后，如下圖所示，這里我就不重復(fù)軟件操作的過程了，大家對軟件操作有疑問的可以參考我發(fā)的另一個(gè)關(guān)于基礎(chǔ)操作教程的帖子。
在計(jì)算中，開啟網(wǎng)格自動的細(xì)化和粗化。
在Intel Core i7處理器上采用兩個(gè)核并行計(jì)算，計(jì)算總時(shí)間為1h20min（設(shè)置好之后提交電腦進(jìn)行計(jì)算，然后看一集電視劇的功夫就可以回來看結(jié)果啦~ ）。如下圖的溫度和變形的結(jié)果：
變形的結(jié)果中，顯示了夾具的作用力的方向。及焊接完成后，有一段的自由冷卻時(shí)間，將夾具等邊界條件進(jìn)行卸載，查看自由狀態(tài)下的變形情況。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | 直播預(yù)告-Simufact welding焊接工藝仿真軟件培訓(xùn)
長期以來，對于焊接工藝的改進(jìn)和優(yōu)化主要依靠工藝人員的經(jīng)驗(yàn)和各類工藝試驗(yàn)，一直缺乏一套專業(yè)的有效的方法和手段。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元理論的逐漸成熟，焊接模擬仿真技術(shù)已經(jīng)開始成為在焊接工藝優(yōu)化改進(jìn)過程中的良好手段和方法。通過焊接工藝仿真可以解決焊接過程中零件變形難以控制的問題，還可以降低對人員技術(shù)的要求，降低試驗(yàn)成本，加強(qiáng)測量和評估焊接殘余應(yīng)力。
海克斯康工業(yè)軟件旗下Simufact Welding軟件致力于通過有限元法解決焊接過程中出現(xiàn)的各類問題，至今已有超過20年的工程應(yīng)用。本期直播將結(jié)合實(shí)際操作，展示Simufact welding焊接軟件是如何為客戶的焊接工藝參數(shù)優(yōu)化、焊接工裝設(shè)計(jì)、焊接順序優(yōu)化等提供參考依據(jù)和指導(dǎo)。歡迎預(yù)約報(bào)名！
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，您可以立即動手解決焊接和裝配及熱處理問題。
展開 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)
，與實(shí)際掃描結(jié)果對比，仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致性較好，驗(yàn)證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側(cè)圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實(shí)際掃描結(jié)果對比，仿真結(jié)果與實(shí)際變形結(jié)果對應(yīng)較好，再次驗(yàn)證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對焊接工藝過程的仿真，可以對焊接工藝參數(shù)、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進(jìn)行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應(yīng)力、熔池、熱影響區(qū)、相組織、溫度場等進(jìn)行仿真分析，代替或減少物理試錯，節(jié)省人力、物力，縮短研發(fā)周期，助力焊接工藝開發(fā)。
展開 
設(shè)計(jì)仿真 | Simufact Welding焊接工藝仿真網(wǎng)格劃分技巧
1 網(wǎng)格劃分基本概述
對于每個(gè)有限元（FE）仿真而言，必須將連續(xù)工件空間離散化為有限數(shù)量的單元。這些單元代表了真實(shí)工件的質(zhì)量、剛度等方面的物理特性。空間離散化也稱為網(wǎng)格劃分。通常，網(wǎng)格劃分由網(wǎng)格生成器執(zhí)行。網(wǎng)格對整個(gè)求解分析起著至關(guān)重要的左右，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
01 網(wǎng)格數(shù)量影響到求解的精度和效率
常規(guī)來說，在電腦配置足夠的情況下，網(wǎng)格數(shù)量越多，模擬得到的結(jié)果越為精確，但是當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量后，結(jié)果精度不再隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加而增加，并且求解時(shí)間也越久，通常情況下，我們需要平衡整個(gè)求解過程的求解效率和求解精度，這就需要我們控制網(wǎng)格數(shù)量。
02 網(wǎng)格類型影響計(jì)算結(jié)果
不同的求解類型需要的網(wǎng)格類型是不一樣的，在焊接模擬分析中，我們常用的網(wǎng)格單元是六面體單元，但有時(shí)候也會因?yàn)槟Ｐ偷膹?fù)雜程度，選擇不同的采用四面體單元進(jìn)行模擬分析。
03 網(wǎng)格連續(xù)性
在實(shí)際焊接過程中，各零部件間是相互接觸的，可能隨著焊接的進(jìn)行而分離，在大部分模擬軟件中，會要求保證各零件間的網(wǎng)格連續(xù)性，即節(jié)點(diǎn)耦合，但這不僅僅脫離了實(shí)際焊接過程中的情況，也會極大的增加焊接網(wǎng)格劃分的工作量，在Simufact Welding軟件中，其基于Marc的專業(yè)求解器，基于其優(yōu)異的非線性求解分析功能和強(qiáng)大的網(wǎng)格自適應(yīng)接觸功能，能夠使得各零部件間的網(wǎng)格不連續(xù)，即各零件間單獨(dú)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，無需進(jìn)行網(wǎng)格連續(xù)的操作劃分。
Simufact Welding的網(wǎng)格不連續(xù)功能
2 Simufact Welding網(wǎng)格類型
在Simufact Welding中，我們常用的實(shí)體網(wǎng)格類型共有4種，分別為：六面體 (7)、實(shí)心殼體（185）、四面體（157）、四面體（134）。
一般而言，六面體單元精度是最好的，同時(shí)單元數(shù)量也較少。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結(jié)構(gòu)一體化仿真分析方案
其中，焊接工藝仿真可以在工藝仿真軟件Simufact Welding中進(jìn)行，分析完成后獲得焊接工藝結(jié)果，包括殘余應(yīng)力、變形分布、溫度場等。上述焊接工藝仿真結(jié)果可以通過Digimat軟件的工藝結(jié)果映射功能，將焊接工藝的仿真結(jié)果映射至結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格上，從而保證結(jié)構(gòu)仿真時(shí)的初始狀態(tài)與結(jié)構(gòu)工藝完成后的狀態(tài)保持一致。最終通過商用有限元軟件MSC Nastran完成焊接結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度等仿真分析，獲得產(chǎn)品的性能。
PART.03
完整工作流程演示案例
本文以平板焊接接頭結(jié)構(gòu)為例，演示接頭結(jié)構(gòu)的焊接工藝仿真、焊接后殘余應(yīng)力映射以及最后結(jié)構(gòu)耦合仿真分析的整個(gè)工作流程：
01
通過Simufact Welding完成接頭的焊接仿真，獲得的焊接工藝仿真結(jié)果包括：殘余應(yīng)力、變形場、溫度場。
02
通過Digimat-MAP的工藝映射功能，將接頭焊接工藝過程的殘余應(yīng)力結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格上（Digimat-MAP也支持將變形場和溫度場的映射），最終導(dǎo)出映射完成的殘余應(yīng)力關(guān)鍵字。
03
耦合結(jié)構(gòu)仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關(guān)鍵字引入焊接殘余應(yīng)力完成最終結(jié)構(gòu)分析，從而考慮焊接殘余應(yīng)力的影響。
平板接頭結(jié)構(gòu)焊接工藝仿真結(jié)果如下圖所示，顯示了焊接完成后的殘余應(yīng)力分布情況。
圖6. 平板接頭焊接工藝仿真殘余應(yīng)力結(jié)果
基于焊接工藝仿真結(jié)果（Arc文件），Digimat-MAP模塊可讀取殘余應(yīng)力結(jié)果，將上述工藝結(jié)果映射至MSC Nastran的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上。
圖7. 映射至MSC Nastran結(jié)構(gòu)模型中的殘余應(yīng)力場
圖8.
展開 ESI集團(tuán)SYSWELD焊接仿真解決方案更新！熱處理仿真分析能力大大提升
今日為您介紹ESI集團(tuán)焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019在熱處理仿真的進(jìn)一步優(yōu)化，工藝工程師可以在工藝開發(fā)階段創(chuàng)建更加真實(shí)的虛擬結(jié)構(gòu)來代替實(shí)驗(yàn)，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量及縮短開發(fā)周期。
SYSWELD是一款專注于焊接結(jié)構(gòu)件及裝配件材料特性、微觀組織、殘余應(yīng)力及變形分析的焊接及熱處理仿真軟件。它可以用于不同的焊接方法（弧焊、電子束焊、激光點(diǎn)焊等）、熱處理（滲碳、碳氮共滲、淬火）、相關(guān)物理現(xiàn)象（化學(xué)、熱、相變、力學(xué)）的仿真分析。
在最新版中，ESI集團(tuán)增強(qiáng)了SYSWELD2019的焊接及熱處理仿真能力，進(jìn)一步提高了材料特性、殘余應(yīng)力、變形的預(yù)測能力，為構(gòu)件尺寸工差和產(chǎn)品性能控制提供幫助。
最新版對網(wǎng)格能力進(jìn)行了更進(jìn)一步的增強(qiáng)，顯著降低焊接及熱處理網(wǎng)格劃分的時(shí)間。
新版本支持新的接觸算法NIT3D，利用該算法可以考慮部件局部熔化的接觸行為。新版本還支持熱處理-機(jī)加鏈?zhǔn)?em>仿真分析。新版本支持多工序仿真過程中焊接及熱處理仿真數(shù)據(jù)的智能傳遞。
SYSWELD的價(jià)值在于通過考慮焊接、焊接裝配、熱處理的鏈?zhǔn)?em>仿真來減少傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，控制優(yōu)化材料特性、焊接順序及焊接完整性，提高產(chǎn)品質(zhì)量、性能和服役時(shí)間。
來源： ESI集團(tuán)
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(shù)。首先，采用合理的焊接工藝及措施，對石油鉆機(jī)自動化設(shè)備中的支撐臂進(jìn)行焊接。其次，以設(shè)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(jìn)行焊接虛擬仿真，獲得零件的整體變形結(jié)果。最后，對比實(shí)際生產(chǎn)測量值與軟件仿真計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證使用InteWeld進(jìn)行焊接模擬仿真所獲結(jié)果的準(zhǔn)確性，為后續(xù)該項(xiàng)技術(shù)的推廣提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：支撐臂;焊接仿真;網(wǎng)格劃分;焊接變形;
0 引言
焊接技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的材料連接方式之一，同時(shí)也是歷史非常悠久的制造工藝[1]。隨著時(shí)代的發(fā)展，工程師們逐漸意識到焊接質(zhì)量的好壞關(guān)乎鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品制造的成敗[2]。如何高效地提升焊接質(zhì)量是工藝工程師們追求解決的核心。
而現(xiàn)階段，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，焊接模擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的發(fā)展對生產(chǎn)制造具有十分重要的意義[3]。焊接三維仿真技術(shù)在我公司有廣泛的應(yīng)用空間，隨著我公司各類新產(chǎn)品的增加，對結(jié)構(gòu)件焊接的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度提出更高的要求。目前，已經(jīng)多次遇到相關(guān)問題，按照以往的工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)效率低下，因此需要采用先進(jìn)的分析軟件加強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)手段，縮短產(chǎn)品的研發(fā)制造周期[4]。
本文選取石油鉆機(jī)自動化設(shè)備中的支撐臂進(jìn)行焊接和模擬仿真對比分析。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為長桿型，焊接時(shí)熱量集中，結(jié)構(gòu)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(jìn)行三維建模、有限元網(wǎng)格劃分，并利用軟件InteWeld進(jìn)行焊接模擬仿真。將仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接變形量進(jìn)行對比，驗(yàn)證仿真結(jié)果的可靠性，可為后續(xù)使用此項(xiàng)技術(shù)研究焊接變形提供重要的依據(jù)和可靠的數(shù)據(jù)支撐。
1 支撐臂的焊接
以石油鉆機(jī)自動化設(shè)備中的支撐臂作為焊接生產(chǎn)實(shí)例。支撐臂是典型的長桿結(jié)構(gòu)，其三維模型如圖1所示。
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