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圖1-1 弦桿幾何構(gòu)造及模型案例特點(diǎn)：焊接方式：使用兩道角焊縫連接頂板與腹板。焊接順序：外側(cè)焊縫先進(jìn)行施焊，內(nèi)側(cè)焊縫后施焊，存在時(shí)間差。分析重點(diǎn)：溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的演變，焊接順序?qū)附淤|(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能的影響。1.3. 建模與仿真設(shè)置1. 幾何模型幾何模型為鋼桁架梁的弦桿頂板與腹板，焊接區(qū)域位于兩者的接觸處，焊接采用L型角焊縫。

對(duì)于分段分析和局部零件分析，ANSYS提供了多種方法建立焊點(diǎn)、焊縫和鉚接。 （1）焊點(diǎn)：通過(guò)連接兩個(gè)點(diǎn)直接創(chuàng)建焊點(diǎn)，而且焊點(diǎn)可以獨(dú)立于網(wǎng)格； （2）焊縫：通過(guò)選擇焊縫的邊線，直接設(shè)置焊縫上焊點(diǎn)的間距或焊點(diǎn)數(shù)生成焊縫。

圖2 設(shè)計(jì)參數(shù)及三維圖? 3.2.1 模型設(shè)置①焊縫連接模擬：通過(guò)兩種方式模擬焊縫，一種是近似法，在導(dǎo)入幾何模型時(shí)，軟件根據(jù)設(shè)置的檢測(cè)參數(shù)，自動(dòng)識(shí)別的連接關(guān)系，在支管端面與主管接觸表面之間建立綁定連接，近似模擬焊縫的載荷傳遞作用，如圖3.1所示。另一種是直接法，導(dǎo)入模型后，根據(jù)焊縫的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度和焊縫尺寸，建立三維焊縫模型，如圖3.2所示。

實(shí)際中使用的焊縫可以是非常復(fù)雜的，例如下圖中的排氣系統(tǒng)模型：使用SimLab的Weld功能得到的實(shí)體焊縫模型如下：文章來(lái)源：Altair官方技術(shù)博客

其次調(diào)整焊縫金屬的合金成分，如焊接鉻鎳不銹鋼時(shí)，適當(dāng)提高焊縫金屬的含鉻量，可顯著提高焊縫金屬的抗熱裂紋性能。另外，我們可以在SPAR項(xiàng)目框架內(nèi)開(kāi)展工作（MRI）。我們需要開(kāi)發(fā)響應(yīng)焊接作業(yè)（維修和制造）具體需求的數(shù)字模型，以預(yù)測(cè)該過(guò)程的機(jī)械和冶金的影響。我們的最終目標(biāo)是改善和優(yōu)化維修隊(duì)的工程實(shí)踐。

圖7 4種模型計(jì)算結(jié)果數(shù)值對(duì)比圖8所示為一起升組件槽鋼底座局部視圖，分析模型采用實(shí)體網(wǎng)格劃分，一階四面體網(wǎng)格為常應(yīng)變單元，插值精度低，選取二階四面體TETRA10作為計(jì)算網(wǎng)格。承受彎扭組合的構(gòu)件，其焊縫分擔(dān)的載荷不可忽略，故同時(shí)劃分焊縫網(wǎng)格。現(xiàn)方案底座焊縫焊趾拉應(yīng)力較大，危險(xiǎn)工況下承載能力偏弱，存在沖擊時(shí)易發(fā)生塑性變形的累積，有斷裂萌芽的趨勢(shì)。對(duì)其不同改進(jìn)方案等參計(jì)算。

2焊接模擬仿真2.1模型簡(jiǎn)化與網(wǎng)格劃分使用UG對(duì)支撐臂進(jìn)行三維建模，需對(duì)模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，如去掉小孔、倒角等[6]。然后對(duì)支撐臂進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，考慮到零件較大，因此網(wǎng)格劃分時(shí)，對(duì)焊縫及熱影響區(qū)的網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化[7]，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的母材網(wǎng)格尺寸設(shè)置略粗，網(wǎng)格劃分如圖4所示。圖形網(wǎng)格總數(shù)約為151萬(wàn)，最小網(wǎng)格精度為2 mm。

Weld：控制殼體間隙生成基于網(wǎng)格層級(jí)的焊縫模型和焊縫網(wǎng)格，焊縫和原模型網(wǎng)格自動(dòng)共節(jié)點(diǎn)。2022版本中可以通過(guò)表格的形式，批量處理焊縫。 RepairTopology：通過(guò)修補(bǔ)拓樸的方法，去除模型小特征，改善網(wǎng)格。如圖所示，目前支持的方法有：合并面、抑制不需要的邊、修補(bǔ)窄面、修補(bǔ)短邊、修補(bǔ)尖角、合并縫隙、去除小孔。

技巧1：使用自動(dòng)識(shí)別工具簡(jiǎn)化模型設(shè)置使用連接、梁構(gòu)件和焊縫識(shí)別工具來(lái)簡(jiǎn)化模型準(zhǔn)備設(shè)置結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)，需要對(duì)連接、梁構(gòu)件和焊縫進(jìn)行精確識(shí)別和分類(lèi)。SDC Verifier的Joint Finder、Beam Member Finder和Weld Finder可自動(dòng)執(zhí)行此流程，并提高效率。

圖4 Abaqus 模型（左） SimSolid 模型（右）這里需要說(shuō)明剛才定義焊縫參數(shù)的差異，有限元模擬焊縫的 shell 單元厚度為實(shí)際焊縫的平均有效厚度，SimSolid 定義的焊縫參數(shù)為焊角尺寸。

）、單發(fā)計(jì)算、收縮法（固有應(yīng)變法），各方法的計(jì)算效率對(duì)比如下：表1：不同算法間的對(duì)比(測(cè)試模型47萬(wàn)網(wǎng)格，焊縫6m)表2：熱循環(huán)曲線法（TC）和高級(jí)熱循環(huán)曲線法（ATC）的對(duì)比（測(cè)試模型38.9萬(wàn)網(wǎng)格，9765mmX1529mmX2069mm，焊縫長(zhǎng)度3.5m）其中：8DDM代表8核并行計(jì)算；TC-熱循環(huán)曲線法；ATC-300-高級(jí)熱循環(huán)曲線法，系數(shù)300

通過(guò)COMSOL軟件建立了二維仿真模型，用高斯分布熱源模型，對(duì)TIG熔覆過(guò)程的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、電勢(shì)分布及粉體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行數(shù)值模擬，接著進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，結(jié)果表明，焊縫平直無(wú)凹坑，實(shí)際拍攝的電弧形態(tài)和模擬的電弧形態(tài)高度一致，呈典型的鐘罩狀，通過(guò)金相顯微鏡對(duì)熔覆層進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)基體與熔覆層連接處質(zhì)量較好，無(wú)明顯缺陷。

全局: 一個(gè)單元尺寸用于整個(gè)部件（最差案例）局部:在焊縫附近局部細(xì)化（較好, 但是對(duì)于長(zhǎng)焊縫的大型模型，速度較慢）自適應(yīng): 在使用Simufact Welding 時(shí) 模擬中自動(dòng)細(xì)化 （較好，但是不要超過(guò)2個(gè)細(xì)化級(jí)別）在常規(guī)零件模擬過(guò)程中，若網(wǎng)格數(shù)量較少，我們可以選擇整體零件采用一種尺寸；但針對(duì)大部分焊接零部件，因?yàn)槠?em>模型較大，我們推薦在網(wǎng)格劃分時(shí)，

，提供了高斯面、雙橢球等常用焊接熱源，在設(shè)置焊接路徑和焊縫填充的設(shè)置上非常方便，其中焊縫填充過(guò)程提供了生死單元法和靜態(tài)單元法兩種方案。Marc從2016版開(kāi)始，添加了柱狀熱源，將其與高斯面熱源復(fù)合，可作為激光焊的熱源模型。但是該熱源的熱流密度在厚度方向上是均勻的（沒(méi)有衰減），這與實(shí)際情況不符。常用的高斯面熱源與高斯旋轉(zhuǎn)體熱源復(fù)合而成的激光焊熱源模型，仍然需要子程序開(kāi)發(fā)。

圖4 Abaqus 模型（左） SimSolid 模型（右）這里需要說(shuō)明剛才定義焊縫參數(shù)的差異，有限元模擬焊縫的 shell 單元厚度為實(shí)際焊縫的平均有效厚度，SimSolid 定義的焊縫參數(shù)為焊角尺寸。

一個(gè)圓柱形旋轉(zhuǎn)工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動(dòng)。隨著工具沿焊縫移動(dòng)，工具肩部與工件之間的摩擦產(chǎn)生熱量。工件材料的塑性變形也會(huì)產(chǎn)生額外的熱量。產(chǎn)生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動(dòng)使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個(gè)連續(xù)的固體焊縫。整個(gè)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生熔化，產(chǎn)生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。

圖1 焊接組合件示意圖對(duì)于焊接組件的有限元分析，可按下面步驟進(jìn)行： 1）在SpaceClaim中按實(shí)際結(jié)構(gòu)中面位置進(jìn)行殼體布置； 2）進(jìn)入Static Structure模塊，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立焊縫，分別設(shè)置為單邊連續(xù)型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分后生成的焊縫殼體厚度賦為焊縫高度的√2/2倍，焊接結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型如圖2所示； 3）對(duì)焊縫及母材進(jìn)行命名分組，以便在