固有應變法
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固有應變法的視頻教程
焊接仿真2-基于Weldplaner的固有應變法焊接仿真
?1.固有應變的理論 ?2.weldplanner軟件介紹 ?3.hypermesh+visual mesh+ weldplanner安裝與聯合使用 ?4.固有應變仿真的網格要求 ?5.固有應變的仿真流程 ?6.一個仿真的案例 附件：課件
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焊接有限元分析基礎課程
適用人群：焊接仿真模擬工程師、學生、教師 第一講 基于abaqus的焊接理論概要【已結束】 直播時間：2019-07-30 19:00 第二講 在abaqus中的焊接模擬實現【已結束】 直播時間：2019-08-06 19:00 第三講 Weldplaner的固有應變法焊接仿真【已結束】 直播時間：2019-08-13 19:00 第四講 在MSC.Marc 中焊接模擬的實現【已結束】 直播時間
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固有應變法的實例教程
應該如何設置焊縫區(qū)域的固有應變呢，求大佬解答，可有償……
各層間的相互作用使得零件內應力應變變化更加復雜，直接根據原始的固有應變理論預測增材制造零件的殘余應力和扭曲變形存在較大誤差。針對這一問題，匹茲堡大學的梁軒（音）提出了一種適用于增材制造的修正固有應變法，引入了冷卻過程中后沉積層收縮引起的彈性應變演化對于固有應變的累積貢獻。標準件變形標定是采用指定的工藝參數，打印標準件（一般選用帶齒狀支撐的懸臂梁），測試切除基板后標準件的扭曲變形，與基于假設固有應變的數值模擬結果進行對比，以扭曲變形誤差低于門檻值為目標，對固有應變張量進行迭代優(yōu)化，具體流程如圖5所示。
結束語
數值模擬是認識金屬增材制造復雜物理過程并實現優(yōu)化工藝條件的重要手段，從目前資料看，大致可分為微觀尺度模擬與宏觀尺度模擬兩大類。微觀尺度模擬方法聚焦于模擬在移動熱源作用下材料的熔化-凝固過程，旨在揭示金屬增材制造缺陷形成機理與微觀組織演化規(guī)律，由于建模的極端復雜性以及高昂的計算成本，目前僅能求解有限道次和有限層數規(guī)模的問題,無法開展更大規(guī)模增材制造過程的預測分析；宏觀尺度模擬方法聚焦于模擬金屬增材制造零件的殘余應力與翹曲變形，采用“超級層”技術簡化沉積過程、體素有限元法實現模型的逐層高效離散，并通過單向熱-力耦合算法或固有應變法進行材料力學行為求解，尤其是固有應變法，由于可以快速實現大型復雜零件的殘余應變與扭曲變形預測，目前已經被多個商用增材制造模擬軟件所集成。
圖5 基于懸臂梁標準件變形標定確定固有應變
中國航空發(fā)動機研究院前期開展了航空發(fā)動機三維數值仿真軟件開發(fā)工作，包括氣動、傳熱、燃燒和強度等多個分析模塊，其中的強度分析模塊已具備有限元前后處理、求解等基本功能。針對金屬增材制造仿真涉及問題的復雜度以及需求的緊迫度，作者認為后續(xù)應遵循先宏觀、后微觀的順序開展金屬增材制造仿真模塊研發(fā)。
展開 與固有應變法相比，熱力學方法考慮了更多的物理參數和邊界條件，其中包括熱相關變量，如激光功率，激光速度和預設溫度。
通過使用熱力學計算方法，用戶不需要預先執(zhí)行校準。通過實施熱力學計算方法，用戶可以在建模過程中考慮打印機在軟件中的基本參數。
基板的影響
在增材制造過程中，工件不僅會產生變形和應力，基板同樣會影響打印過程以及后續(xù)工藝。在實際打印過程中，基板會產生變形和應力，這會對支撐結構和組件產生影響。在Simufact Additive 3中，工程師可以檢查那些基板對組件的影響。
基板的頻繁使用會導致額外的問題，因為他是一個易損件。每次生成后，一層材料被切除，這樣使其變的更薄。在接下來的打印項目中，用戶可以評估基板的變形，并確定何時需要更換基板。
多個部件最佳-匹配方法
使用Simufact Additive 3，幾個幾何模型的打印工藝可以在構建空間里可以簡單快速的建模。熱構建過程中可以揭示這些組件與組件之間的可能影響。
用戶可以通過“最佳-匹配”定位來比較模擬結果和參考模型（例如，CAD數據）。在最佳-匹配方法中，軟件會自動確定偏差最小的位置。結果的可視化表示允許用戶快速評估偏差是否在允許的公差范圍內。對于這個功能，Simufact已經集成了Hexagon的3DReshaper技術。
技術鄰:qcwhwang
chuanhui.wang@hexagon.com
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展開 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。
（2-27）
單位長度焊縫的熱輸入量是和單位長度焊縫熔化填充金屬的體積成比例的，或是和焊縫橫截面積成正比例：
（2-28）
其中：為焊縫的橫截面積，單位是[mm2], 的單位是[J/mm]，k為與焊接方法有關的比例系數。對于藥皮焊條電焊焊k=61,金屬極氣體保護電弧焊k=41，埋弧焊k=72。
在多道焊中（道數n），收縮力應乘以校正系數
（2-29）
另外，根據焊接順序的不同，還應做進一步修正。
對于結構軟鋼，可以用下式求出收縮力的大小：
（2-30）
收縮力法先按照經驗公式計算出焊縫收縮力，然后將焊縫收縮力加載到有限元模型上，通過彈性有限元分析就求得整個結構的焊接變形，由于是線彈性計算，所以計算時間大為減少。但焊縫收縮立法是在經驗公式的基礎上進行線彈性有限元分析計算的，它不能反映材料的物理性能和力學性能隨溫度變化的影響，而且收縮力法是將所有焊縫的收縮力一次加載到有限元模型上，不能反映焊接順序對焊接變形的影響。該法雖然有較大的局限性，但該方法可以進行方案的對比分析，在大致估計時，是一種既簡單又經濟的焊接變形預測方法。
展開 而Cast-Designer Weld中的線熱源（Line Heat Source）技術能夠提升計算速度十倍以上，且適用于多種焊接工藝，同時相比傳統(tǒng)的固有應變法（Inherent Strain Method），能夠更準確的計算模型的溫度場。
快速建模技術：Cast-Designer Weld中采用了FastMesh建模引擎，能夠處理大型復雜的CAD模型，全自動生成六面體網格。對于諸如面間隙、面重疊、面交叉等CAD數據缺陷，均能自動修復。網格模塊采用了多種創(chuàng)新技術以確保網格模型的質量與經濟性，其中包括局部網格劃分技術（Local Mesh）、標記點技術（Marking Point）、微特征與銳邊捕捉技術等。用戶只需輕點鼠標，即可為不同類型的分析創(chuàng)建不同元素量的分析模型。
從可制造性（DFM）到量產環(huán)節(jié)的全覆蓋解決方案
焊接計算器：支持規(guī)劃并優(yōu)化焊接計算，包括可焊性、冷卻時間、預熱溫度、焊縫的金相與機械強度。
SmartWeld：采用最新遺傳算法技術驅動的快速優(yōu)化求解器。能夠根據給定的熔池尺寸，自動偵測最佳的焊接參數。能夠支持二氧化碳激光焊, 脈沖ND:YAD激光焊，點焊與電弧焊等工藝。
模擬能力：能夠模擬熱場，流場，凝固以及冷卻等物理過程。支持雙求解算法（FEM與FVM）進行仿真模擬與物理場耦合計算，并具有專用于焊接次序設計與模擬的接口界面。
自動優(yōu)化：Cast-Designer優(yōu)化求解器能夠執(zhí)行多目標非線性的優(yōu)化計算，支持DOE/GA/PSO等不同的先進人工智能算法，以用于尋找最佳工藝窗口與焊接次序。
關于該產品的發(fā)布，Cast-Designer Weld產品經理X.Li表示：“對于Cast-Desginer Weld的發(fā)布，我們倍感振奮。工業(yè)界期待這樣的產品已久，而我們也終于為此提供了一個可行的方案。
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實際掃描結果）
Simufact Welding仿真結果與實際對比（視圖放大15倍）
— 求解效率 —
Simufact Welding
Simufact Welding 除了DDM/SMP并行加速求解算法之外，還有一些快速算法，只需進程樹中復制模型，切換求解算法，無需重新建模，主要的快速算法包括解耦、熱循環(huán)曲線法（TC）、高級熱循環(huán)曲線法（ATC）、單發(fā)計算、收縮法（固有應變法
圖4 金屬增材制造殘余應力的形成機制
固有應變法固有應變法最早由日本學者上田（Ueda）提出，廣泛應用于大型焊接結構的扭曲與殘余應力預測。由于可以快速實現大型復雜零件的殘余應變與扭曲變形預測，固有應變法目前已成為零件級增材制造模擬的主流方法，并且已經被多種商用增材制造模擬軟件所集成。金屬增材制造模擬中固有應變的獲取主要有2種方法：微觀尺度模擬和標準件變形標定。
采用固有應變法進行焊接或增材制造模擬時，可以對焊接、增材制造等工藝變形、應力進行快速結構響應。在該方法中，使用固有應變作為結構邊界條件，模擬了塑性應變、熱應變、蠕變應變和相變應變的組合效應。在焊接過程中受到高溫的組件部分稱為熱影響區(qū)。
Chen
等
基于固有應變法，通過熱電偶實驗修正熱源參數與熱邊界條件，提取固有應變作為熱膨脹系數，預測零件殘余應力與變形。Zhang等
提出密度拓撲優(yōu)化與固有應變法的并行計算模型，設計僅在重力與殘余應力下剛性更好的支撐結構，改善結構殘余變形，提升計算效率。
采用固有應變法進行焊接或增材制造模擬時，可以對焊接、增材制造等工藝變形、應力進行快速結構響應。在該方法中，使用固有應變作為結構邊界條件，模擬了塑性應變、熱應變、蠕變應變和相變應變的組合效應。在焊接過程中受到高溫的組件部分稱為熱影響區(qū)。
而Cast-Designer Weld中的線熱源（Line Heat Source）技術能夠提升計算速度十倍以上，且適用于多種焊接工藝，同時相比傳統(tǒng)的固有應變法（Inherent Strain Method），能夠更準確的計算模型的溫度場。
快速建模技術：Cast-Designer Weld中采用了FastMesh建模引擎，能夠處理大型復雜的CAD模型，全自動生成六面體網格。
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與固有應變法相比，熱力學方法考慮了更多的物理參數和邊界條件，其中包括熱相關變量，如激光功率，激光速度和預設溫度。
與固有應變法相比，熱力學方法考慮了更多的物理參數和邊界條件，其中包括熱相關變量，如激光功率，激光速度和預設溫度。
通過使用熱力學計算方法，用戶不需要預先執(zhí)行校準。通過實施熱力學計算方法，用戶可以在建模過程中考慮打印機在軟件中的基本參數。
基板的影響
在增材制造過程中，工件不僅會產生變形和應力，基板同樣會影響打印過程以及后續(xù)工藝。
