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3，焊接熱源采用雙橢圓模型[1]，公式及圖像如下圖所示。該模型將焊接熱源假設(shè)為橢圓球形，并且前后兩部分可分別采用不同的橢圓表示。其中a,b,c分別代表橢圓球形x,y,z三個(gè)方向的特征長(zhǎng)度，其數(shù)值根據(jù)焊接熔池的尺寸確定。本案例中采用a=4mm,b=4mm,熔池前半部分橢圓cf=2mm,后半部分cr=5mm。ff和fr為熱源前后兩部分所占輸入能量的比例，應(yīng)保證其和等于2，本案例中采用0.4和1.6。

，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)。

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。

分析重點(diǎn)：溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的演變，焊接順序?qū)?em>焊接質(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。具體模型結(jié)構(gòu)可以在提供的HyperMesh網(wǎng)格源文件中查看。模型尺寸包括模型長(zhǎng)度、頂板和腹板的厚度，焊接區(qū)域的形狀及位置等。2.

Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。2、考慮固態(tài)相變（SSPT）和軟化效應(yīng)（SE）在焊接過(guò)程中，材料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變。

03 建模 圖3 ADIMEW模型 模擬焊接過(guò)程分為三個(gè)步驟： • 計(jì)算溫度場(chǎng) • 在原有溫度場(chǎng)基礎(chǔ)上考慮固液相變 • 計(jì)算機(jī)械應(yīng)力場(chǎng) 幾何模型采用2D旋轉(zhuǎn)對(duì)稱模型（圖3），這種簡(jiǎn)化方法常用于管件端部焊接。對(duì)溫度場(chǎng)計(jì)算和機(jī)械場(chǎng)計(jì)算分別采用了線性網(wǎng)格和二次型網(wǎng)格。

同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門(mén)框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示： 側(cè)圍門(mén)框激光焊接仿真模型

熱源模型焊接熱源模型是用于描述熱輸入在時(shí)間和空間上的分布的數(shù)學(xué)表達(dá)，通常用于焊接過(guò)程的數(shù)值模擬中。熱源模型的選擇和參數(shù)設(shè)定直接影響模擬結(jié)果的精度，尤其是在焊接溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算中。焊接熱源模型可以分為靜態(tài)熱源模型和動(dòng)態(tài)熱源模型： 靜態(tài)熱源模型：假設(shè)熱源在焊接過(guò)程中不隨時(shí)間變化，適用于熱輸入分布較為均勻的情況。這是當(dāng)前大多數(shù)焊接數(shù)值模擬中使用的模型。

Marc軟件提供了多種熱源模型，包括雙橢球體熱源模型和體積熱源模型，能夠精確模擬焊接電弧的熱輸入。重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)整熱源參數(shù)，如熱流密度、熱源形狀和移動(dòng)速度，成功復(fù)現(xiàn)了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。2、考慮固態(tài)相變（SSPT）和軟化效應(yīng)（SE） 在焊接過(guò)程中，材料的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變，如奧氏體向貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變。

Simufact Welding仿真建模針對(duì)上述問(wèn)題，工程師從焊接順序、工裝優(yōu)化、搭接間隙優(yōu)化三個(gè)關(guān)鍵管控方向，提出優(yōu)化模型，對(duì)比確定最優(yōu)方案，并使用Simufact Welding仿真軟件對(duì)提出優(yōu)化方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真包括成型焊、補(bǔ)焊兩序焊接過(guò)程；基礎(chǔ)模型采用六面體網(wǎng)格的形式，模型搭建如下圖所示。Simufact Welding建模示意圖評(píng)價(jià)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一如下圖、表所示。

02行業(yè)案例展示-某機(jī)車底盤(pán)— 模型簡(jiǎn)介 —Simufact Welding某機(jī)車底盤(pán)結(jié)構(gòu)由上板、下板、加強(qiáng)筋、支撐、樞軸等共計(jì)25個(gè)結(jié)構(gòu)件通過(guò)焊接工藝裝配組成。

利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算，采用ANAND本構(gòu)模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點(diǎn)約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實(shí)現(xiàn)焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計(jì)算結(jié)果表明，焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應(yīng)力安全裕度。

Digimat-MAP完成焊接仿真殘余應(yīng)力映射，導(dǎo)出MSC Nastran的istress文件將上述映射的MSC Nastran初始應(yīng)力文件添加到平板接頭結(jié)構(gòu)仿真分析模型中，設(shè)置如下：?考慮殘余應(yīng)力模擬的有限元非線性分析計(jì)算，求解序列設(shè)置：SOL 400?材料類型：從Simufact Welding軟件導(dǎo)出非線性曲線，彈塑性模型?工況設(shè)置：殘余應(yīng)力分析，計(jì)算平板接頭結(jié)構(gòu)在焊接殘余應(yīng)力情況下的應(yīng)力恢復(fù)情況

Simufact.welding焊接軟件特色 易于使用 集成通用熱源模型 自動(dòng)接觸定位變換 多個(gè)機(jī)械手定義簡(jiǎn)便 標(biāo)準(zhǔn)電極庫(kù) 工藝時(shí)間管理定義簡(jiǎn)便 材料模型考慮周全 Decouple解耦方法 專家模式設(shè)置求解參數(shù) 組裝焊接 后處理簡(jiǎn)單易用 自動(dòng)生成、細(xì)化和粗化焊縫區(qū)域單元

同樣的方法，對(duì)側(cè)圍門(mén)框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實(shí)際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示： 側(cè)圍門(mén)框激光焊接仿真模型

（2）單元生死技術(shù)的應(yīng)用焊接其實(shí)就是焊縫逐漸形成的過(guò)程，在此過(guò)程中需要向焊縫中添加某些材料，這樣焊縫才能逐漸形成。要想把真實(shí)的焊接過(guò)程模擬出來(lái)就必須使用單元生死技術(shù)。所謂的單元“生”就是指在模型中加入材料，相應(yīng)的單元就會(huì)“出生”。所謂的單元“死”就是指刪除模型中的材料，就會(huì)有相應(yīng)的單元“死亡”。

第一序焊接仿真 在該狀態(tài)下，我們利用Simufact Welding組裝焊接功能，將第一序結(jié)果直接導(dǎo)入到后一序模型時(shí)可以看到，第二序的焊接仿真模型的初始狀態(tài)和形狀，已經(jīng)與工作臺(tái)之間存在不均勻間隙，這是因第一序的焊接變形所致。