焊接仿真分析的案例
分析示例 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
同樣的方法，對側圍門框激光焊接工藝進行仿真，按照實際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側圍門框激光焊接仿真模型
通過與實際物理試驗掃描結果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結果與實際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預測結果為1.74mm，掃描結果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認為在合理的誤差內。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產生的殘余應力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實現沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實際的制造工藝鏈。
側圍外板的Y向變形模擬結果與掃描結果對比
總 結
● 通過Simufact welding對熱成型B柱激光焊接過程進行分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際結果一致性較好，驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際變形結果對應較好，再次驗證了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、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應力、熔池、熱影響區、相組織、溫度場等進行仿真分析，代替或減少物理試錯，節省人力、物力，縮短研發周期，助力焊接工藝開發。
展開 設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際結果一致性較好，驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際變形結果對應較好，再次驗證了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、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應力、熔池、熱影響區、相組織、溫度場等進行仿真分析，代替或減少物理試錯，節省人力、物力，縮短研發周期，助力焊接工藝開發。
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，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際結果一致性較好，驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際變形結果對應較好，再次驗證了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、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應力、熔池、熱影響區、相組織、溫度場等進行仿真分析，代替或減少物理試錯，節省人力、物力，縮短研發周期，助力焊接工藝開發。
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
解決方案是針對特定應用領域或行業的一體化解決方案，這些方案采用Step-by-Step設置模式，方便用戶快捷地完成各步驟的設置和仿真分析。例如本文用到的工藝結果映射工具模塊Digimat-MAP和有限元聯合仿真分析模塊Digimat-CAE，就集成在解決方案Digimat-MS里面，而Digimat-MS則是多尺度耦合分析集成解決方案，該方案將工藝分析與結構分析集成，通過將工藝分析結果映射至結構分析模型，完成后續的結構分析。
?MSC Nastran工具軟件
MSC Nastran是一款高度可靠性結構有限元分析軟件，擁有眾多領先的求解功能，尤其在動力學方面，可以快速的得到準確的分析結果。MSC Nastran具有多學科分析，可為用戶提供針對各種工程問題的一體化結構分析解決方案。MSC Nastran能夠有效解決各類大型復雜結構的強度、剛度、屈曲、模態、動力學、熱力學、非線性、聲學、流體-結構耦合、氣動彈性、超單元、結構疲勞、慣性釋放及結構優化等問題。
圖4. MSC Nastran多用途有限元分析程序
PART.02
焊接工藝-結構一體化仿真工作流程
為了考慮焊接工藝對焊接結構強度的影響，本文給出一種焊接工藝-結構一體化仿真分析的工作流程。該流程可實現金屬結構焊接工藝仿真分析，將焊接工藝仿真結果自動引入結構仿真分析中，保證焊接結構仿真模型與實際狀態的一致性，從而提高焊接結構強度分析的精度。
圖5. 焊接工藝-結構一體化仿真分析工作流程。
上述仿真分析流程包含3個步驟：
01
結構焊接工藝仿真；
02
焊接工藝結果映射；
03
耦合結構仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關鍵字引入焊接殘余應力完成最終結構分析，從而考慮焊接殘余應力的影響。
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。首先，采用合理的焊接工藝及措施，對石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接。其次，以設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果。最后，對比實際生產測量值與軟件仿真計算結果，驗證使用InteWeld進行焊接模擬仿真所獲結果的準確性，為后續該項技術的推廣提供依據。
關鍵詞：支撐臂;焊接仿真;網格劃分;焊接變形;
0 引言
焊接技術是目前應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]。隨著時代的發展，工程師們逐漸意識到焊接質量的好壞關乎鋼結構產品制造的成敗[2]。如何高效地提升焊接質量是工藝工程師們追求解決的核心。
而現階段，隨著計算機技術的發展，焊接模擬仿真技術應運而生，它的發展對生產制造具有十分重要的意義[3]。焊接三維仿真技術在我公司有廣泛的應用空間，隨著我公司各類新產品的增加，對結構件焊接的應力、變形、強度提出更高的要求。目前，已經多次遇到相關問題，按照以往的工藝設計經驗生產效率低下，因此需要采用先進的分析軟件加強工藝設計手段，縮短產品的研發制造周期[4]。
本文選取石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接和模擬仿真對比分析。由于其結構特點為長桿型，焊接時熱量集中，結構具有一定的拘束度，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、有限元網格劃分，并利用軟件InteWeld進行焊接模擬仿真。將仿真計算結果與實際焊接變形量進行對比，驗證仿真結果的可靠性，可為后續使用此項技術研究焊接變形提供重要的依據和可靠的數據支撐。
1 支撐臂的焊接
以石油鉆機自動化設備中的支撐臂作為焊接生產實例。支撐臂是典型的長桿結構，其三維模型如圖1所示。
展開 通過仿真避免焊接裂紋
挑戰
在熱連接過程中（如：焊接），通過熱量輸入使金屬熔化并形成一個安全的連接接頭；在這一過程中熱影響區的材料會發生微觀組織結構的變化，這些轉變也可能成為導致結構失效的誘因。
解決方案
通過基于Simufact.Welding計算得到的焊接殘余應力等結果進行后續的疲勞耐久分析，開裂問題可以被成功的解決。
使用產品：Simufact Welding
客戶：長安汽車有限公司
現代底盤的概念和設計需要多種材料混合使用，一方面為了保證乘員安全（高強度和剛度），另一方面實現減重以及減少燃料消耗。為了連接不同種材料的組件，多種不同的焊接技術被應用。在焊接過程中，熱量的引入是熔化金屬并創造一個安全接頭所必須的，但它也同時改變了熱影響區(HAZ)材料的微觀組織結構,這一變化可能進一步導致結構的失效，如在工作負載條件下焊縫附近發生開裂。
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。在傳統的結構和疲勞壽命有限元分析中焊接殘余應力沒有被考慮進來，因此工程師們不能重現開裂問題。
展開 案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
挑戰
在熱連接過程中（如：焊接），通過熱量輸入使金屬熔化并形成一個安全的連接接頭；在這一過程中熱影響區的材料會發生微觀組織結構的變化，這些轉變也可能成為導致結構失效的誘因。
解決方案
通過基于Simufact.Welding計算得到的焊接殘余應力等結果進行后續的疲勞耐久分析，開裂問題可以被成功的解決。
使用產品：Simufact Welding
客戶：長安汽車有限公司
現代底盤的概念和設計需要多種材料混合使用，一方面為了保證乘員安全（高強度和剛度），另一方面實現減重以及減少燃料消耗。為了連接不同種材料的組件，多種不同的焊接技術被應用。在焊接過程中，熱量的引入是熔化金屬并創造一個安全接頭所必須的，但它也同時改變了熱影響區(HAZ)材料的微觀組織結構,這一變化可能進一步導致結構的失效，如在工作負載條件下焊縫附近發生開裂。
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
展開 案例 | 通過仿真避免焊接裂紋
挑戰
在熱連接過程中（如：焊接），通過熱量輸入使金屬熔化并形成一個安全的連接接頭；在這一過程中熱影響區的材料會發生微觀組織結構的變化，這些轉變也可能成為導致結構失效的誘因。
解決方案
通過基于Simufact.Welding計算得到的焊接殘余應力等結果進行后續的疲勞耐久分析，開裂問題可以被成功的解決。
使用產品：Simufact Welding
客戶：長安汽車有限公司
現代底盤的概念和設計需要多種材料混合使用，一方面為了保證乘員安全（高強度和剛度），另一方面實現減重以及減少燃料消耗。為了連接不同種材料的組件，多種不同的焊接技術被應用。在焊接過程中，熱量的引入是熔化金屬并創造一個安全接頭所必須的，但它也同時改變了熱影響區(HAZ)材料的微觀組織結構,這一變化可能進一步導致結構的失效，如在工作負載條件下焊縫附近發生開裂。
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
展開 仿真幫助避免焊接裂紋 附Simufact.welding 6.0 更新說明中文版下載
挑戰
在熱連接過程中（如：焊接），通過熱量輸入使金屬熔化并形成一個安全的連接接頭；在這一過程中熱影響區的材料會發生微觀組織結構的變化，這些轉變也可能成為導致結構失效的誘因。
解決方案
通過基于Simufact.Welding計算得到的焊接殘余應力等結果進行后續的疲勞耐久分析，開裂問題可以被成功的解決。
使用產品：Simufact Welding
客戶：長安汽車有限公司
現代底盤的概念和設計需要多種材料混合使用，一方面為了保證乘員安全（高強度和剛度），另一方面實現減重以及減少燃料消耗。為了連接不同種材料的組件，多種不同的焊接技術被應用。在焊接過程中，熱量的引入是熔化金屬并創造一個安全接頭所必須的，但它也同時改變了熱影響區(HAZ)材料的微觀組織結構,這一變化可能進一步導致結構的失效，如在工作負載條件下焊縫附近發生開裂。
在焊接擺臂和扭力梁的子總成時，可以看到在熱影響區(HAZ)附近頻繁發生開裂問題。調查焊接條件及其對疲勞壽命的影響必須在上述子總成結構設計中實施，從而實現失效的預防。
案例1：擺臂焊縫開裂,在關鍵連接點焊接殘余變形太大
案例2：扭力梁的焊縫開裂
Simufact解決方案
為了解決這個技術問題并找到一個可行的工藝設計方案，MSC中國團隊開始幫助客戶針對上述結構開展焊接過程仿真分析和執行后續的疲勞壽命計算。這里的關鍵點是提供殘余應力和全部的“焊接歷史”（即變形、殘余應變，峰值溫度）作為疲勞壽命模擬的初始條件。為此Simufact Welding作為最先進的仿真工具被用來預測相關結果值和優化不同焊接條件下的工藝參數。
焊接殘余應力顯著影響焊縫的疲勞耐久性能。
展開 設計仿真 | Simufact Welding重塑新能源汽車電池盒焊接工藝
目前，電池盒鋁合金框架結構主要通過焊接裝配的方式進行組裝，焊接變形問題不容忽視。若采用傳統試錯方式來解決焊接變形問題，會面臨時間周期長、試錯成本高、數據收集困難等諸多難題。當前不少新能源汽車企業采用焊接仿真來分析解決焊接變形、優化焊接工藝，幫助提升焊接工藝研發能力。
海克斯康
焊接仿真解決方案
海克斯康專業焊接仿真軟件Simufact Welding提供完善的焊接仿真解決方案，該軟件涵蓋了各種弧焊、激光焊、電阻點焊、電子束焊、釬焊等焊接工藝、消除殘余應力熱處理、冷卻和裝夾、虛擬檢具、重力補償等功能。可以考慮實際焊裝工藝的各種場景的模擬，通過對工裝夾具、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，以及焊接之后的冷卻、消除應力的熱處理等因素的仿真，對實際焊接過程的焊接變形、焊接殘余應力、焊接熱影響區、熔池等進行虛擬評定，從而對焊接工藝優化。幫助用戶獲得最優的焊裝工藝解決方案。
新能源汽車電池盒
鋁合金框架焊接順序優化案例
以下案例介紹了某型號新能源汽車電池盒鋁合金框架的焊接順序優化。用戶主要通過調整焊接順序來優化焊接變形。因僅研究不同焊接順序對電池盒框架結構變形的影響，用戶通過模型簡化，大幅降低了網格劃分工作量與網格數量。如下圖所示，左側為原始模型，右側為簡化模型。
電池盒框架幾何模型（左-原始模型，右-簡化模型）
利用Simufact Welding進行焊接仿真建模，可以采用焊縫附近網格細化，遠離焊縫附近的網格可以使用較粗的網格，相鄰結構無需網格節點匹配，這樣可以降低整體模型的網格數量，如下圖所示為網格劃分模型，整個模型包含的節點總數為1020454，單元總數為698704。
展開 焊接仿真分析軟件
北京漢江數控科技有限公司招聘有限元仿真軟件工程師及銷售經理
北京漢江數控科技有限公司是歐、美CAE軟件的新銳代理商，公司不僅從事MES的開發、實施，還從事數控加工、焊接仿真、加工受力變形分析、旋壓、熱處理分析等CAM/CAE軟件的銷售及技術服務。現擴大規模，招聘CAE軟件工程師及區域銷售經理，工作地址北京、西安、成都、重慶、華東、東北都可以，可以家里辦公。有意者請聯系hanjiangnc@126.com。
招聘：焊接、熱處理仿真軟件 技術經理、銷售經理，有去歐洲培訓的機會
工作地址：北京、東北、西南、華東、西北等地，可以在家辦公。
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ESI集團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集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019在熱處理仿真的進一步優化，工藝工程師可以在工藝開發階段創建更加真實的虛擬結構來代替實驗，提高產品制造質量及縮短開發周期。
SYSWELD是一款專注于焊接結構件及裝配件材料特性、微觀組織、殘余應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、激光點焊等）、熱處理（滲碳、碳氮共滲、淬火）、相關物理現象（化學、熱、相變、力學）的仿真分析。
在最新版中，ESI集團增強了SYSWELD2019的焊接及熱處理仿真能力，進一步提高了材料特性、殘余應力、變形的預測能力，為構件尺寸工差和產品性能控制提供幫助。
最新版對網格能力進行了更進一步的增強，顯著降低焊接及熱處理網格劃分的時間。
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-機加鏈式仿真分析。新版本支持多工序仿真過程中焊接及熱處理仿真數據的智能傳遞。
SYSWELD的價值在于通過考慮焊接、焊接裝配、熱處理的鏈式仿真來減少傳統物理實驗，控制優化材料特性、焊接順序及焊接完整性，提高產品質量、性能和服役時間。
來源： ESI集團
展開 ANSYS Workbench在焊接仿真中應用技術分類
ANSYS Workbench在焊接仿真中應用技術分類
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，結果查看的是隨時間變化的溫度，進一步查看的是由溫度產生的應力，更進一步查看溫度產生的殘余應力。 焊接仿真在實際使用中越來越多的得到了應用，一般關注的為焊接的溫度和殘余應力或者變形。根據目前關于焊接類型的仿真分析，結合個人經驗，總結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用，而其他熱源主要是模擬函數的不同所致，查找不同函數來替換即可。
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
具體結果如下圖所示，添加溫度結果可以查看需要的結果。
展開 焊接、螺栓連接等典型接觸問題在復雜裝配體 仿真分析工程應用
一、課程安排
培訓目標：通接觸分析基本理論；接觸分析前處理技巧與分析流程；
接觸實參數設置原理與方法；接觸分析計算收斂性調整方法；典型工程應用，包括螺栓連接結構、焊接結構、膠結結構以及鉸接結構；接觸問題高級衍生應用，包括摩擦生熱、磨損以及接觸密封等內容。本課程從理論出發，學員可掌握各操作設置的物理意義，從而對計算結果的適用性做出評估，
通過案例詳解，掌握仿真關鍵與技巧
。
基于Abaqus的生死單元技術的焊接仿真分析 ￥11.99
最后的仿真結果如下：
有限元主要建模過程：
1. Part模塊
類型為：3D Deformable
2. Property模塊
創建兩種材料：CuSi3和Steel，設置材料的密度、熱傳導率、比熱，焊錫采用CuSi3材料，兩邊的彎板采用Steel材料。
3. Mesh模塊
焊錫部分單元控制：Hex-dominated，Sweep，Medial axis
兩邊彎板單元控制：Hex-dominated，Sweep，Advancing front
設置全局單元尺寸為0.001m，按圖中順序依次劃分網格，選擇單元類型為Heat Transfer（DC3D8）
4. Step模塊
采用Python腳本（參考附錄：第一部分（循環生成分析步））實現分析步自動循環創建。
5. Interaction模塊
在“Step-2”設置表面對流換熱條件和熱輻射條件
6. Load模塊
定義體熱源和預定義溫度場
7. 編輯模型屬性（Model-->Edit Attributes）
設置絕對零度(-273.15)和波爾茨曼常數(5.67E-8)。
8. 生死單元實現
（1）查看焊錫部分兩端的單元編號，以及單元編號的分布規律。本例中焊錫部分每層有8個單元，兩端的單元編號分別為1~8和793~800。
（2）采用Python腳本（參考附錄：第二部分（循環編輯關鍵字Model change））實現關鍵字Model change的自動添加。
9. Job模塊
建立Job，在General選項卡添加User subroutine file（Fortran文件），并提交。
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