ansys 模擬鋼淬火的案例
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 基于Ansys的鋼箱梁焊接有限元模擬
鋼箱梁是我國當今橋梁建設中的主要梁結構，在建與已建橋梁中有很大部分橋梁的上部結構采用鋼箱梁。而鋼箱梁一般是由工廠預制加工的，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生高度集中的熱量輸入，熱量的快速集中輸入會導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，體積的變化會導致結構內部應力分布的變化，鋼箱梁結構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力分布變化，保證鋼箱梁結構的安全性與穩定性，有必要對焊接溫度場的定量分析、預測、模擬。傳統的焊接溫度場和應力預測依賴于試驗和統計基礎上的經驗曲線或經驗公式，但是在航天、機械、土木等行業，焊接試驗的成本巨大，當試驗的工況較多或者試驗失敗時，會導致經濟上的巨大損失。故本章運用大型商業有限元軟件ANSYS經典界面進行數值模擬，在研究過程中利用了ANSYS內置的腳本語言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，節約數值模擬與實驗的成本，本章將鋼箱梁結構簡化為一個長為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，筆者標明了坐標系系統，在本章此后的位置信息的描述中，均采用此坐標系系統。
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，現今很多學者將該熱源的分布形式簡化為高斯積分函數，本章參考前人的研究，采用高斯熱源分布函數。
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