ansys 焊接模擬仿真的案例
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，對石油鉆機自動化設(shè)備中的支撐臂進行焊接。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對支撐臂進行焊接虛擬仿真，獲得零件的整體變形結(jié)果。最后，對比實際生產(chǎn)測量值與軟件仿真計算結(jié)果，驗證使用InteWeld進行焊接模擬仿真所獲結(jié)果的準確性，為后續(xù)該項技術(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，同時也是歷史非常悠久的制造工藝[1]。隨著時代的發(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，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，焊接模擬仿真技術(shù)應(yīng)運而生，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)計經(jīng)驗生產(chǎn)效率低下，因此需要采用先進的分析軟件加強工藝設(shè)計手段，縮短產(chǎn)品的研發(fā)制造周期[4]。
本文選取石油鉆機自動化設(shè)備中的支撐臂進行焊接和模擬仿真對比分析。由于其結(jié)構(gòu)特點為長桿型，焊接時熱量集中，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。本文對支撐臂進行三維建模、有限元網(wǎng)格劃分，并利用軟件InteWeld進行焊接模擬仿真。將仿真計算結(jié)果與實際焊接變形量進行對比，驗證仿真結(jié)果的可靠性，可為后續(xù)使用此項技術(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
以石油鉆機自動化設(shè)備中的支撐臂作為焊接生產(chǎn)實例。支撐臂是典型的長桿結(jié)構(gòu)，其三維模型如圖1所示。
展開 ANSYS的生死單元模擬焊接過程
ANSYS的生死單元模擬焊接過程
1 概述
焊接模擬計算在CAE仿真是比較大的一塊內(nèi)容，也是比較復(fù)雜的一個過程，幾個比較關(guān)鍵的問題是熱源函數(shù)的描述、單元的融覆、熱源的移動等等，通過單純的GUI操作，無論使ANSYS還是Abaqus都不大可能完成這個過程，通常需要借助軟件的內(nèi)置語言。
本次主要介紹單元生死的應(yīng)用，單元生死主要用于單元缺失的場合，比如凝固溶解過程，斷裂過程，焊接過程等等，這些過程都是非線性或者時間歷程過程，計算需要很多子步和迭代，為了在此過程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的概念，通俗的講就是通過一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當(dāng)單元死時，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過程中不起作用。
詳細地說，激活單元死這個狀態(tài)時，ANSYS程序?qū)卧獎偠染仃嚦艘院苄〉囊蜃樱绦蚰J值為1E-6，死單元的單元載荷為0，從而不對載荷向量生效，同樣的，死單元的質(zhì)量、阻尼、比熱等等參數(shù)也設(shè)置為0，單元的應(yīng)力應(yīng)變也因此為0。
2 前處理
前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。
材料屬性包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱參數(shù)，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱容。焊接時溫度較高，定義材料通常需要定義多個溫度下的值。
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我建了一個群，關(guān)于ansys焊接模擬的，希望學(xué)焊接的朋友踴躍加入
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鋼結(jié)構(gòu)焊接的Ansys數(shù)值模擬
摘 要：鋼結(jié)構(gòu)主要的連接方法為焊接連接。準確的焊接模擬對節(jié)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(xiàn)焊接的數(shù)值模擬。把焊接模擬的溫度場、焊接溫度動態(tài)變化過程等數(shù)值模擬結(jié)果與前人試驗結(jié)果進行對比，結(jié)果表明，采用Ansys軟件進行三維實體建模、并結(jié)合生死單元技術(shù)模擬焊接過程，求解溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場，其結(jié)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(yīng)力結(jié)果，與實際焊接情況相符。此結(jié)論為Ansys軟件進行工程結(jié)構(gòu)的焊接模擬的可靠性分析提供了實用的參考價值。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；Ansys數(shù)值模擬 ；焊接溫度場；殘余應(yīng)力
引言
眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)用最多的連接方法之一[1]。在眾多的焊接方法當(dāng)中，電弧焊由于設(shè)備輕便、搬運靈活、適合于鋼結(jié)構(gòu)的施工作業(yè)等特點，成為主要的焊接方法。電弧焊就是在鋼構(gòu)件連接處，借助電弧放電所產(chǎn)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(nèi)形成高溫液態(tài)金屬，熔池外部熱影響區(qū)和母材區(qū)域固體傳熱，導(dǎo)致焊接前后溫度的劇烈變化，從而在焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變，外部產(chǎn)生殘余變形[2]。在某種程度上，殘余應(yīng)力會影響到結(jié)構(gòu)的承載能力，殘余變形會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)施工安裝困難，殘余應(yīng)變在使用過程中的釋放會影響到結(jié)構(gòu)后期的正常使用。所以研究鋼結(jié)構(gòu)焊接過程具有很大的實際意義。
計算機技術(shù)的飛速發(fā)展推動了數(shù)值模擬在結(jié)構(gòu)焊接中的應(yīng)用[3]。焊接數(shù)值分析軟件也日趨增多，其中Ansys由于功能強大、計算結(jié)果可靠、操作簡便等特點，成為目前土木工程領(lǐng)域常用的有限元軟件之一。
展開 
ANSYS生死單元之焊接過程模擬
采用瞬態(tài)分析的方法，一開始把坡口處單元全部殺死，隨著焊接的進行，依次激活單元，施加焊料溫度。焊接完畢之后逐漸冷卻。模型中采用plane13單元，plane13單元具有2維結(jié)構(gòu)場、熱、電、磁以及壓電等分析功能。下面依次是其模型圖與劃分單元的結(jié)果圖。
這是焊接完畢之后應(yīng)力分布云圖
非常感謝特約撰稿專家：張招工程師的投稿
作者微信公眾號：CAE仿真設(shè)計。歡迎關(guān)注，咨詢，交流與合作。
網(wǎng)絡(luò)課 | ANSYS焊接機器人仿真相關(guān)案例分享
6、課程收獲
●了解焊接機器人可進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行相應(yīng)的工況模擬；
●基本掌握機器人整機和工裝夾具靜態(tài)受力變形分析、振動分析以及多體機構(gòu)運動仿真分析流程；
●熟悉激光焊熱應(yīng)力/熱變形和攪拌摩擦焊仿真分析流程。
基于Ansys的鋼箱梁焊接有限元模擬
而鋼箱梁一般是由工廠預(yù)制加工的，加工過程中必然會有鋼板間的接縫需要進行焊接，使兩塊獨立的鋼板焊接成一個整體。在鋼箱梁的鋼板焊縫焊接過程中，移動的焊頭會在瞬間產(chǎn)生高度集中的熱量輸入，熱量的快速集中輸入會導(dǎo)致鋼板溫度的驟升與驟降。鋼屬于一種溫度敏感型的材料，受熱升溫時其體積會膨脹，降溫時體積會收縮，體積的變化會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布的變化，鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安全性也可能受到影響。所以若想了解鋼箱梁焊接時的應(yīng)力分布變化，保證鋼箱梁結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，有必要對焊接溫度場的定量分析、預(yù)測、模擬。傳統(tǒng)的焊接溫度場和應(yīng)力預(yù)測依賴于試驗和統(tǒng)計基礎(chǔ)上的經(jīng)驗曲線或經(jīng)驗公式，但是在航天、機械、土木等行業(yè)，焊接試驗的成本巨大，當(dāng)試驗的工況較多或者試驗失敗時，會導(dǎo)致經(jīng)濟上的巨大損失。故本章運用大型商業(yè)有限元軟件ANSYS經(jīng)典界面進行數(shù)值模擬，在研究過程中利用了ANSYS內(nèi)置的腳本語言APDL進行建模，分析鋼板焊接過程的溫度場。
1 鋼板幾何模型建立
為了簡化鋼箱梁的形狀，節(jié)約數(shù)值模擬與實驗的成本，本章將鋼箱梁結(jié)構(gòu)簡化為一個長為0.2m、寬為0.15m、厚度為0.03m的塊狀幾何模型，ANSYS中的幾何模型效果如下圖所示。
在上圖的模型中，筆者標(biāo)明了坐標(biāo)系系統(tǒng)，在本章此后的位置信息的描述中，均采用此坐標(biāo)系系統(tǒng)。
2 移動焊接熱源的施加
在鋼板焊接過程中，焊點熱源作用在鋼板上有一定面積，在該面積上的熱量分布不是均勻的，中心點附近的熱量較高，周圍的熱量較低。對于該種焊接熱源的不均勻分布，現(xiàn)今很多學(xué)者將該熱源的分布形式簡化為高斯積分函數(shù)，本章參考前人的研究，采用高斯熱源分布函數(shù)。
熱源函數(shù)的三維函數(shù)圖像如下圖所示（假設(shè)qm=1 J·s /m2，R=1m）。
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、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等是企業(yè)制造部門和設(shè)計人員關(guān)心的重點問題，采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗方式對于厚鋼板的焊接等特殊工藝無法進行合理的工藝設(shè)計，因此本文針對焊接數(shù)值模擬的基本理論進行了闡述，同時對于焊接仿真與ANSYS軟件的結(jié)合提出了建議，并結(jié)合實際情況詳細介紹了ANSYS軟件進行焊接仿真的具體應(yīng)用技巧，通過采用仿真方式進行模擬，對傳熱過程、焊后應(yīng)力場進行模擬，用來幫助確定焊接時結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計、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、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等是企業(yè)制造部門和設(shè)計人員關(guān)心的重點問題。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)生主要是焊接時不合理的熱過程引起的。由于高能量的集中的瞬時熱輸入，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)計人員的經(jīng)驗或基于統(tǒng)計基礎(chǔ)的半經(jīng)驗公式，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)致實驗成本急劇增加，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 請問誰有ANSYS fluent教程-傳熱分析及焊接熔池模擬的視頻教程呀
請問誰有基于FLUENT的GMAW熔池模擬的視頻教程呀？小弟剛剛接觸Fluent，望大神求帶。
金龍盤玉柱，高斯熱源游—Workbench中焊接模擬的仿真 ￥49
以下為移動過程中的四張圖片，如圖所示
內(nèi)部的效果如圖所示
本實例可以應(yīng)用于焊接模擬，查看溫度變形情況，和溫度產(chǎn)生的應(yīng)力分布情況，
具體思路如下
1.在workbench中鏈接瞬態(tài)溫度和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析，如圖所示
2.將溫度結(jié)果讀取到結(jié)構(gòu)分析模塊，讀取每一步的溫度分布到每一步的結(jié)構(gòu)時間步，如圖所示
3.設(shè)置結(jié)構(gòu)分析的時間步和溫度分析的設(shè)置步要一致，如圖所示
4.設(shè)置結(jié)構(gòu)分析的邊界條件，進行求解，查看結(jié)果即可
本次分析采用拐角焊接模型來模擬，溫度結(jié)果如圖所示
讀取每一步的溫度結(jié)果，進行結(jié)構(gòu)分析結(jié)果如圖所示，結(jié)果出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，主要原因是由于網(wǎng)格劃分稀疏和步長過大的原因，請根據(jù)情況自行加密
另外可以生產(chǎn)，熱源設(shè)置不同的結(jié)果可以是熱源沿著不同的方向來移動，請按照實際情況來設(shè)置分析的熱源移動方向，不同的結(jié)果如圖所示
（1）拋物線路徑方式的加載，溫度分布如圖所示
（2）雙熱源方式的加載，熱源分布如圖所示，一個斜線移動，另一個直線向下移動，可以根據(jù)實際情況添加
下面為金龍盤玉柱的APDL命令
*DEL,_FNCNAME
*DEL,_FNCMTID
*DEL,_FNCCSYS
*SET,_FNCNAME,'flux04'
*SET,_FNCCSYS,0
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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熱源，隨著時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)果查看的是隨時間變化的溫度，進一步查看的是由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力，更進一步查看溫度產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。 焊接仿真在實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)合個人經(jīng)驗，總結(jié)了以下幾點分析類型和要點，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 
ESI集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019版本更新介紹！三大應(yīng)用場景全力更新！
ESI集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD2019針對用戶三大應(yīng)用場景（模擬汽車車身冷、熱鏈接；熱處理模擬仿真；針對大型部件的焊接變形控制）進行更新，為您帶來更加強大的功能。
SYSWELD 2019—Assembly for Distortion Control for Car Body Mannufacturing
得益于三年來汽車行業(yè)對車身冷熱連接的更多需求，所以ESI集團在焊接模擬仿真中投入了更多的研發(fā)精力。現(xiàn)SYSWELD 2019能夠在進行車身制造的快速變形仿真分析時建立完整的沖壓-焊接-裝配鏈式仿真方案。設(shè)計工程師現(xiàn)在可以在考慮到連續(xù)裝配過程中的機械載荷效應(yīng)和焊接引起的熱效應(yīng)的情況下，來控制冷熱連接部件的尺寸偏差。通過這種方式，工程師可以在其物理樣機制造出來之前，通過仿真模擬制造、組裝和測試具有真實物理性能的虛擬樣機。因此，汽車制造商及其供應(yīng)商可以降低制造、試制和工藝驗證產(chǎn)生的成本。
Virtual Assembly為您提供以下的Advisor&Manager指導(dǎo)用戶在車身制造及變形分析時管理、啟動模擬。
Pre-Positioning advisor（預(yù)定位向?qū)В?整個操作流程簡單易用，允許用戶在沖壓后導(dǎo)入變形網(wǎng)格，映射沖壓的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)果，如塑性應(yīng)變，應(yīng)力和厚度變化（如果有的話），并創(chuàng)建不同的用于構(gòu)建參考點系統(tǒng)（RPS）的工具，例如限位器，定位銷和約束，并通過它們定位部件。 完整的操作流程被分為數(shù)個不同的步驟，用戶可以高效地在指導(dǎo)下用最少的操作完成設(shè)置。
展開 『原創(chuàng)』關(guān)于模擬焊接領(lǐng)域--ANSYS與ABAQUS誰更準確通用
以前用ANSYS模擬焊接
最近很多焊接同行用起了ABAQUS
想和大家討論一哈
哪個用來作焊接 更好一些...
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，此外，激光焊接還具有加工區(qū)域細小、能量密度高、熱源易控制、熱影響區(qū)窄等特點。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行熱固耦合數(shù)值求解，進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，從初始時刻起，作用總時間44 s，激光能流量強度為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 Ansys Mechaniacal | 囊狀氣墊鞋仿真模擬
未使用靜水壓流體單元時的總變形云圖
總結(jié)
本仿真展示了如何在 Mechanical 中使用命令行創(chuàng)建靜水壓流體單元，以模擬囊狀氣墊鞋內(nèi)部的空氣。相同的概念也可用于不可壓縮流體以及不遵循理想氣體定律的氣體。
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