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干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應力仿真應用
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;材料選用普通結構鋼。
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,必須建立精確地熱源。對于這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。結構外表面設置對流換熱條件,環(huán)境溫度22度。
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