ansys焊接數值模擬
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys焊接數值模擬的視頻教程
ABAQUS焊后熱處理消除焊接殘余應力的數值模擬（蠕變應力松弛）
以管道環焊縫焊接殘余應力為初始條件，考慮焊后熱處理的蠕變應力松弛機制，使用abaqus計算了PWHT后的殘余應力分布狀態。詳細講解了殘余應力導入過程及后處理。QQ1224294049 參考： https://www.yqgqt.org.cn/content/post/422113 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12175
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如何快速掌握基于ABAQUS軟件的焊接、裂紋擴展、子程序二次開發等數值模擬方法
如何快速掌握基于ABAQUS軟件的焊接、裂紋擴展、子程序二次開發等數值模擬方法【已結束】 ?直播時間：2022-01-11 19:30 此次直播主要介紹基于ABAQUS軟件的焊接模擬、裂紋擴展模擬、常用子程序的二次開發模擬等。
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ANSYS羽毛球擊打球拍的數值模擬
ANSYS經典界面中用APDL進行編寫 羽毛球拍的網線在線的交叉處呈現上下穿越的方式，本程序中將處理線的上下穿越問題； 羽毛球擊打網線之間的過程，本程序將模擬羽毛球和網線的接觸及其回彈過程。 本實例中有兩個關鍵問題： 一是在網線交叉位置的重合節點上施加“力對” 二是縱橫網線形成后不能再次改變，即必須設置“可滑動的不分離接觸”。? 課程附件中包括動畫及程序
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ansys焊接數值模擬的實例教程
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 熱彈塑性有限元法是焊接數值模擬的基本方法，該方法跟蹤整個焊接過程，已給定的時間不長，計算出每個時刻的焊接溫度場，以及計算出每個時間段由于溫度變化引起的應力應變增量，逐步累計疊加，最終得到的則為殘余應力與變形。因此該方法同上也可以分析焊接過程中任何時刻的瞬態應力應變狀態。該方法從原理上可以分析任何復雜結構的焊接應力與變形，但其缺點是計算量太大和時間太長，因而對于一些大型焊接結構還難以完全實現。
焊接殘余應力與變形產生的根本原因是焊接和冷卻過程中產生的塑性應變、溫度應變和應變。對于大型構件的焊接變形問題，產生塑性應變、溫度應變和相變應變的區域通常僅限于焊縫附近，而焊縫區在整個構件中所占的比例是相當小的，故可以將整個構件近似為彈性體來處理，在焊縫區施加與塑性應變、溫度應變和相變應變等效的邊界條件，通過彈（塑）性有限元分析得到構件的殘余應力與變形的近似值。這種簡化手段避免了數值模擬過程中的瞬態分析和高溫導致的計算難點，大幅度地縮短了計算時間，可以得到具有一定準確度的殘余應力和變形值，因而得到了一定的應用。這種彈性體加載的簡化方法，根據對焊縫施加的邊界條件的性質不同，可以分為體積收縮法、收縮力法、彈簧單元法和固有應變法，下面分別作簡單介紹[22]。
2.3.1收縮力法
在焊接時，焊縫及其附近的金屬由于高溫下的自由變形受到阻礙，產生了壓縮塑性變形，它的存在使構件相當于受到一個外加壓力的作用而縮短和彎曲。該假想壓力被稱為焊縫收縮力。收縮力的大小主要取決于焊接過程參數以及材料的熱力特征值其次決定于構件的剛度和焊接接頭的熱流。
焊接過程的主要參數是熱輸入量和焊接速度v。根據（2-27）時組合成單位長度焊縫的熱輸入量，收縮力與單位長度焊縫的熱輸入量存在近似公式。
展開 01 案例研究背景
工業上眾多的制造和維修業務都涉及到焊接，所以在預測焊接操作所產生的冶金學和力學影響方面有極大的研究價值。
圖1
雙金屬焊接（LBM）是指將有涂層的鐵素體鋼大型構件和EPR管道系統（CPP）中奧氏體不銹鋼管道組合。由于沒有同時適用這兩種材料的焊料，需要一個中間層來增強可焊性，增加焊接強度，減少開裂的概率。
工藝流程包括：倒角的機械加工，中間層焊接，然后進行多道次的連續焊接操作，熱應力消除處理（TTD），最后再次進行機械加工。
圖2
02 研究主旨
MSNS計劃是EDF-CEA-AREVA三方的合作項目。項目通過實驗、建模、數值模擬三個方面來研究焊接，旨在研發一種更簡單，可靠，且不保守的方法，改善現有的標準和模型，使對殘余應力的計算更接近真實情況，提高計算軟件(Code_Aster、SYSWELD、CAST3M）的效率，建立一個良好的案例作為參照。
為此，首先應該更好地了解冷和熱條件下的斷裂機制，然后建立一個能防止出現焊接故障的方法和模型，優化創新的數值計算工具。
本次模擬將采用歐洲ADIMEW項目（評估不同金屬管道焊接老化后的完整性項目）中的雙金屬焊接的基準。ADIMEW的模型參考法國核電站中比較有代表性的V形倒角焊縫，有大量實驗數據支持。
模擬得到的殘余應力曲線將會與合作方的實驗結果相比較。
03 建模
圖3 ADIMEW模型
模擬焊接過程分為三個步驟：
• 計算溫度場
• 在原有溫度場基礎上考慮固液相變
• 計算機械應力場
幾何模型采用2D旋轉對稱模型（圖3），這種簡化方法常用于管件端部焊接。對溫度場計算和機械場計算分別采用了線性網格和二次型網格。
展開 為研究不停堆直接進行維修加固的可能性，需要對運行狀態下（600℃）的蒸汽發生器脊柱維修進數值建模和模擬。
02
案例展示
本案例建立了一個在焊接后的脊柱模型，評估其在四點彎曲的情況下，能量釋放率G、彈性和彈塑性材料性質、殘余應力對能量釋放率的影響。模擬的結果將由不同計算軟件和J積分進行基準。
【預知如何設置參數請掃文末二維碼關注"遠算云學院”】
【預知計算結果請掃文末二維碼關注"遠算云學院”】
04
結語
計算的能量釋放率G由假定應變能密度導出，同樣由應變能也可以計算應力情況。由于模型的假設限制計算結果有一定局限性：
1）計算結果實際上不能描述不可逆的塑性變形，僅適用于超彈性和非線性彈性行為。結果不包含任何局部卸載的卸載過程，也不包括任何局部應力的重構。
2）假設應力的加載路徑保持radial以保證主應力的比例不隨時間變化。全局單調的加載，顯然不足以保證模型在非均勻應力場下的表現。
展開 圖7
06
計算結果
圖8
計算效率結果
07
結論與展望
本次案例對有多道次焊接的雙管道連接工藝進行數值模擬，模擬和實驗結果符合良好，且對三方計算得到的殘余應力進行了質量比較；殘余應力變化趨勢良好。
對于該模擬還可以繼續改進，比如引入大變形假設，固態硬化修復，相變，機械加工，對材料進行更真實的建模。應用于其他焊接系列的通用研究（例如：均質接頭），通過重新焊接進行維修的情況。本次模擬展現了良好的穩定性，該模擬將可以用于維修焊接，以及其他工程應用。
參考文獻：
Chertra M, Sofiane H, Robin V, Josselin D.
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關于SHPB數值模擬的研究已較為深入，模擬優勢主要在于可通過修正參數使模擬結果與實際一致，以此為基礎對材料的動態破壞過程及更為復雜的工況進行模擬研究，主要研究對象主要分為混凝土、巖石、金屬、陶瓷等材料，并通過LS-DYNA中的RHT、HJC、JC、K&C、CSC等材料模型來模擬上述材料在中高、高應變率荷載作用下裂紋擴展及損傷規律，試件往往采用的是均質模型。
近年來，關于非均質模型的研究已取得一些進展
01 案例研究背景
工業上眾多的制造和維修業務都涉及到焊接，所以在預測焊接操作所產生的冶金學和力學影響方面有極大的研究價值。
圖1
雙金屬焊接（LBM）是指將有涂層的鐵素體鋼大型構件和EPR管道系統（CPP）中奧氏體不銹鋼管道組合。由于沒有同時適用這兩種材料的焊料，需要一個中間層來增強可焊性，增加焊接強度，減少開裂的概率。
工藝流程包括：倒角的機械加工，中間層焊接
k文件關鍵字來自本人在論文閱讀中搜集提取并總結，以及大量數值模擬計算中調試的參數。可套用于巖石爆破數值模擬。
單孔徑向不耦合水壓爆破數值模擬。
按平面應變問題來處理，單元厚度方向1mm。
模型10×10m，鉆孔直徑180mm，裝藥直徑120mm，不耦合系數1.5，耦合介質分別為空氣和水，計算時長5ms。（炸藥采用初始體積分數法建模，炸藥及巖石材料參數可利用k文件直接修改）
模型示意圖如下圖所示：
模擬結果如下圖所示：
mises應力監測結果：
說明：軟件版本為ANSYS CFX 2019R3；
本文展示了穩壓罐內排水的瞬態過程，分別給定出口流速為3m/s和0.3m/s，對罐體內的排水過程進行數值模擬。本文計算模型如下圖所示，各關鍵坐標見圖中所示，網格由ICEM劃分結構化網格，轉換為非結構網格后沿Z向拉伸，生成三維網格。邊界條件：出口——流速（3m/s和0.3m/s），初始流場給定罐體內水與空氣各一半（500 mm），水中壓力按照靜水壓力給定
ABAQUS低碳鋼薄板單道堆焊焊接變形的數值模擬
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Code_Aster是法國電力集團（EDF）研發的一款開源有限元仿真軟件，適用于固體力學、熱學和聲學等物理現象，具體細分為靜力學、動力學、土-結構相互作用、流固耦合、傳熱學等方面的仿真分析，具備廣闊的應用場景。Code_Aster通過核工業認證，滿足法國核安全局和英國核監管部門要求，在各工業領域尤其是能源電力領域有大量的工程和研發應用案例
Code_Aster是法國電力集團（Electricité de France，EDF）自1989年起自主研發的一款通用計算固體力學開源軟件。2008年末，法國電力集團將Code_Aster與圖形操作模塊整合，開發出了用戶界面友好的開源軟件Salome_Meca，使得Code_Aster在使用代碼處理研究數據的基礎上，實現了可視化圖形操作功能。
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
