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基于ANSYS的多層堆疊模塊焊接殘余應(yīng)力分析及選材優(yōu)化 張 彥，許 典，趙希芳 ( 南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039)摘 要：分析了某多層堆疊模塊的焊接殘余應(yīng)力，討論了各功能層不同選材、焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力的影響，并給出了優(yōu)化方案。

本文重點就焊接機器人定位精度和焊接工藝參這兩方面的內(nèi)容進行展開，詳細介紹ANSYS的相關(guān)仿真應(yīng)用案例以及具體的仿真流程方法。

2 焊接疲勞分析案例通常焊接結(jié)構(gòu)疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網(wǎng)格數(shù)量少，計算規(guī)模小，在工程上得到了大量應(yīng)用。接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結(jié)合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，對焊縫進行疲勞評估。

焊接疲勞分析案例 通常焊接結(jié)構(gòu)疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網(wǎng)格數(shù)量少，計算規(guī)模小，在工程上得到了大量應(yīng)用。 接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結(jié)合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，對焊縫進行疲勞評估。

總結(jié)與應(yīng)用通過本案例的分析，我們可以得出以下結(jié)論：焊接順序與時間差對焊接質(zhì)量有重要影響：外側(cè)焊縫的先施焊能夠有效控制熱影響區(qū)的形成，內(nèi)側(cè)焊縫的延時施焊有助于減少焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中。溫度場和應(yīng)力場是焊接分析的關(guān)鍵因素：溫度場決定熱影響區(qū)的大小，應(yīng)力場則影響焊接接頭的強度和穩(wěn)定性。

MSC Nastran多用途有限元分析程序PART.02焊接工藝-結(jié)構(gòu)一體化仿真工作流程為了考慮焊接工藝對焊接結(jié)構(gòu)強度的影響，本文給出一種焊接工藝-結(jié)構(gòu)一體化仿真分析的工作流程。該流程可實現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝仿真分析，將焊接工藝仿真結(jié)果自動引入結(jié)構(gòu)仿真分析中，保證焊接結(jié)構(gòu)仿真模型與實際狀態(tài)的一致性，從而提高焊接結(jié)構(gòu)強度分析的精度。圖5.

Ansys中的溫度場仿真還是很多模塊的，如下圖所示 ANSYS Workbench中的溫度場仿真還是很多模塊的，ANSYS Workbench 中用于溫度場計算的核心模塊包括穩(wěn)態(tài)熱分析（Steady-State Thermal）、瞬態(tài)熱分析（Transient Thermal）、Fluent（流體傳熱）、Electrothermal（熱電耦合）、Thermal-Structural

&nbsp;<strong>優(yōu)化焊接速度</strong>：通過模型分析，識別焊接速度的最佳范圍。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會得到什么：1、學(xué)習(xí)筒體裝配圖的三維模型處理2、學(xué)習(xí)焊接相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)模態(tài)分析步的建立4、學(xué)習(xí)基于模態(tài)分析的隨機振動分析步建立5、學(xué)習(xí)隨機振動的載荷施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

這種固定方式通常涉及使用螺栓、焊接或其他接合技術(shù)，確保底座在受力時不會移動或翻轉(zhuǎn)。</p><p>考慮到自重的影響，意味著在設(shè)計和分析過程中必須將底座自身的重量考慮進去。為此，設(shè)置了一個標準重力加速度，，以模擬地球表面處的重力影響。這樣做可以確保所有的計算都能反映出實際工況下底座自重對其結(jié)構(gòu)行為的影響。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會得到什么：1、學(xué)習(xí)車架三維模型的處理2、學(xué)習(xí)焊接相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)模態(tài)分析分析步的建立4、學(xué)習(xí)模態(tài)分析邊界條件的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.案例介紹了ANSYS workbench 車架模態(tài)分析。

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本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生你會得到什么：1、學(xué)習(xí)車架三維模型的處理2、學(xué)習(xí)焊接相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)靜力學(xué)分析步的建立4、學(xué)習(xí)載荷和邊界條件的施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.案例介紹了ANSYS workbench 車架靜力學(xué)分析。

大功率激光器廣泛用于各種領(lǐng)域當中，例如激光切割、焊接、鉆孔等應(yīng)用中。由于鏡頭材料的體吸收或表面膜層帶來的吸收效應(yīng)，將導(dǎo)致在光學(xué)系統(tǒng)中由于激光能量吸收所產(chǎn)生的影響也顯而易見，大功率激光器系統(tǒng)帶來的激光能量加熱會降低此類光學(xué)系統(tǒng)的性能。為了確保焦距穩(wěn)定性和激光光束的尺寸和質(zhì)量，有必要對這種效應(yīng)進行建模。

.%3 Ansys workbench具體運行過程</p><p>ANSYS Workbench的仿真分析流程可以概括為以下四個主要步驟：</p><p>（1）前處理階段：</p><p>這一階段的核心任務(wù)是為仿真分析設(shè)定基礎(chǔ)。首先，需要確定分析類型，這可能包括靜力分析，用于評估結(jié)構(gòu)在恒定載荷下的行為，或模態(tài)分析，用于確定結(jié)構(gòu)的自然頻率和振型。

（1）對于整體分析，如整架飛機的整體受力分析，由于計算規(guī)模非常大，不考慮局部的連接方式，采用共節(jié)點自由度協(xié)調(diào)進行連接； （2）對于分段分析，如前機身的分析，如果焊點或鉚接之間的間距較大，就需要考慮連接方式對結(jié)構(gòu)受力的影響，需要采用焊縫模擬； （3）局部零件分析，此時需要把焊接和鉚接的連接方式，在模型中完整的體現(xiàn)出來。