基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析

基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。

然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。

为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。

本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。

随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。

在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。

对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。

本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。

二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。

焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。

因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。

焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。

熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。

焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。

为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。

然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。

因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。

本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。

二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。

同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。

2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。

设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。

分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。

三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。

同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。

2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。

这些约束条件将影响应力的分布情况。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。

分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。

同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。

四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。

结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。

同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。

2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。

这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程的不断发展，焊接作为连接各种金属材料的主要方法之一，其过程和结果的研究显得尤为重要。

焊接过程中，由于局部高温和材料相变，会产生复杂的温度场和应力分布。

这些因素对焊接接头的质量、强度和耐久性有着重要影响。

因此，对焊接温度场和应力的数值模拟研究具有重要的理论和实践意义。

本文将基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究。

二、焊接温度场的数值模拟研究1. 模型建立在ANSYS中，我们首先需要建立焊接过程的物理模型。

根据实际焊接条件和材料属性，设定合理的几何尺寸和材料参数。

同时，考虑到焊接过程中的热源分布、热传导和热对流等因素，我们采用适当的热源模型和边界条件。

2. 网格划分与求解在模型建立完成后，我们需要对模型进行网格划分。

网格的精细程度将直接影响模拟结果的准确性。

接着，我们设定求解器，根据热传导方程和边界条件进行求解。

通过求解，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。

三、焊接应力的数值模拟研究1. 热弹性-塑性本构关系焊接过程中，由于温度的变化，材料将发生热膨胀和收缩。

这种热膨胀和收缩将导致应力的产生。

在ANSYS中，我们需要设定合理的热弹性-塑性本构关系，以描述材料的热膨胀和收缩行为。

2. 应力求解与分析根据热弹性-塑性本构关系和温度场分布，我们可以求解出焊接过程中的应力分布。

通过对应力结果进行分析，我们可以了解焊接接头的应力分布情况，从而评估焊接接头的质量和强度。

四、结果与讨论1. 温度场分布通过ANSYS模拟，我们可以得到焊接过程中的温度场分布。

温度场分布将直接影响焊接接头的质量和性能。

我们可以观察到，在焊接过程中，局部高温将导致材料发生相变和热膨胀。

同时，热对流和热传导将影响温度场的分布。

2. 应力分布在得到温度场分布的基础上，我们可以进一步求解出焊接过程中的应力分布。

应力分布将直接影响焊接接头的强度和耐久性。

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和工业自动化技术的飞速发展，焊接技术已经成为一种关键的加工手段，被广泛应用于机械、船舶、航空和汽车等领域。

焊接过程中的温度场和应力分布直接影响焊接质量和性能。

因此，通过数值模拟研究焊接过程中的温度场和应力分布具有重要意义。

本文利用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟，分析温度场和应力的变化规律，为优化焊接工艺和提高焊接质量提供理论依据。

二、ANSYS在焊接模拟中的应用ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，具有强大的热-结构耦合分析能力。

在焊接模拟中，ANSYS可以通过建立三维模型、设定材料属性、加载边界条件等方式，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟。

通过ANSYS软件，我们可以更加直观地了解焊接过程中的温度分布和应力变化，为优化焊接工艺提供理论支持。

三、焊接温度场的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，设定材料属性，包括热导率、比热容、热膨胀系数等。

根据实际焊接工艺，设定加热速度、焊接速度、电流等工艺参数。

（二）温度场模拟与结果分析在设定的边界条件下，模拟焊接过程中的温度场变化。

通过分析温度场的分布规律，可以得出焊接过程中各部位的加热速度、峰值温度等信息。

结合实际工艺参数，可以优化焊接工艺，提高焊接质量和效率。

四、焊接应力的数值模拟研究（一）模型建立与材料属性设定与温度场模拟类似，在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，并设定材料属性。

考虑到焊接过程中的热-结构耦合效应，需要设定材料的热弹塑性本构关系。

（二）应力模拟与结果分析在模拟过程中，考虑热-结构耦合效应，分析焊接过程中的应力分布和变化规律。

通过分析应力场的分布、大小和变化趋势，可以得出焊接过程中各部位的应力状态和变形情况。

结合实际工艺参数和应力分布规律，可以优化焊接工艺，减少焊接过程中的残余应力和变形。

五、结论本文利用ANSYS软件对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。

基于ANSYS软件的异种高强钢焊接接头温度场和应力场的模拟基于ANSYS软件的异种高强钢焊接接头温度场和应力场的模拟摘要：随着工业发展，异种高强钢焊接接头在工程结构中的应用越来越广泛。

为了研究焊接过程中接头的温度场和应力场分布情况，本文利用ANSYS软件进行模拟分析。

通过建立三维焊接模型，对不同焊接条件下的接头温度和应力进行了模拟计算，结果表明，在不同的焊接过程参数下，接头的温度分布和应力分布均有所差异。

该研究有助于优化焊接参数和改善接头的焊接质量。

1. 引言异种高强钢焊接接头由于其高强度和耐腐蚀性，在汽车、船舶等工程结构中得到了广泛的应用。

焊接过程中温度和应力的分布情况对接头的性能和寿命具有重要影响。

因此，对焊接过程中接头的温度场和应力场进行模拟分析，对于优化焊接参数和改善接头的焊接质量具有重要意义。

2. 方法本研究利用ANSYS软件进行异种高强钢焊接接头的温度场和应力场的模拟。

首先，根据焊接接头的几何形状和尺寸，建立三维的焊接模型。

然后，根据焊接过程的工艺参数和材料特性，设置相应的边界条件和材料模型。

最后，利用ANSYS软件对不同焊接条件下的接头温度和应力进行模拟计算。

3. 结果与分析通过模拟计算，得到了不同焊接条件下接头的温度分布和应力分布。

在不同的焊接过程参数下，接头的温度分布和应力分布均有所差异。

例如，在焊接电流增大的情况下，接头的温度分布更加均匀，而在焊接速度增大的情况下，接头的应力分布更加均匀。

此外，焊接过程中的冷却速率也会对接头的温度和应力产生影响。

4. 讨论与展望本研究对异种高强钢焊接接头的温度场和应力场进行了模拟分析，得到了接头在不同焊接参数下的温度和应力分布。

然而，由于模拟分析的复杂性和计算资源的限制，本研究仅考虑了一些典型的焊接参数和条件。

进一步的研究可以探讨更多的焊接参数和条件对接头性能的影响，以及其他因素对接头性能的影响，如焊接速度、热输入等等。

5. 结论本研究利用ANSYS软件对异种高强钢焊接接头的温度场和应力场进行了模拟分析。

基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析发表时间：2009-6-2 作者: 李乡武来源: e-works关键字: CAE ansys 焊接温度场本文使用ansys研究了平板堆焊中，焊接速度和高斯有效热源半径对其焊接温度场的影响。

经过计算表明：焊接速度越快，平板在焊接过程中的最高温度越低；热源有效半径越小，平板在焊接过程中的最高温度越高。

这一结论对焊接优化控制参数有着重要的指导意义。

1 引言焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。

关于焊接热过程的分析，苏联科学院的助Rykalin院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。

为了求热传导微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。

实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。

由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得到的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。

本文利用ansys建立了平板焊接的三维模型，并研究焊接速度和高斯热源的有效半径对其温度场的影响。

为实际的焊接工程了提供了一定的指导意义。

2 模型建立与计算讨论模型尺寸为100mm×50mm×6mm，材料为20号钢，电弧沿焊件中心移动。

由于模型的对称性，本文只选取半模型进行计算，其有限元模型图图1所示。

图1 平板焊接的有限元模型图2 有限元模型中考察的点本文使用solid70单元来模拟焊接过程的动态温度场，为了提高计算的精度又要节省计算时间，在靠近焊缝中心处即从焊缝中心到距离其5mm的区域内网格控制在1mm，然后其网格密度一次减小；在厚度方向划分为两层。

计算参数：焊接的电压U=20；焊接电流I=160；热效率为0.7。

焊缝凝固过程的温度场分析初始条件：焊接件的初始温度为25度，焊缝温度为3000;对流边界条件：表面传热系数为5e-4，比热容0.2，材料密度0。

28，空气温度为25度;求2000s后整个焊接件的温度分布1、选择网格单元类型Preprocessor〉Element Type>Add/Edit/Delete>Add〉Thermal Mass〉Solid>Brick 8 node 70图1—1 定义单元类型2、设置钢板及焊缝材料属性Preprocessor〉Material Props〉Material Models〉Material Model Number 1>Thermal a．设置焊件材料密度、热传导系数、比热容，设置焊缝材料密度、热传导系数、比热容及与温度相关的涵参数,如下图所示.b．设置左右两道焊缝的焓参数，焓参数随温度变化曲线如图2-5所示。

图2—1 钢板热导率设置图2—2 设置钢板比热容图2-3 设置钢板密度图2—4 焊缝焓参数设置图2—5 左右焊缝焓参数3、建立几何模型Preprocessor〉Modeling>Create>Volumes>Block〉By Dimensions 建立焊件几何模型。

Preprocessor〉Modeling>Create〉Volumes>Cylinder>By Dimensions 建立焊缝几何模型。

建模过程如图3-1所示。

图3—1 几何模型建模过程1图3-2 几何模型建模过程2通过Reflect建立完整的几何模型，之后运用布尔运算中glue使整个模型成为一个整体，如图3-3所示.焊接模型几何参数：横板：2*1.2＊0。

4竖板：0。

4*1.2*1焊缝：R0.2*1。

2图3-3 焊件几何模型设置焊件及左右焊缝网格属性Preprocessor〉Meshing>Mesh Attributes〉Picked 选择焊件或是焊缝，分别对其进行设置。

●试验与研究基于ANS Y S平台的不同焊接工艺参数对管线钢焊接温度场的模拟研究张　宏,陈　鹏(西南交通大学焊接研究所,成都610031)摘　要:针对管线钢焊接,根据材料热物理性能参数、相变潜热与温度的非线性关系,建立了焊接过程的数学模型和物理模型。

利用ANSYS软件的AP DL语言编写程序,实现了在移动热源载荷下的焊接有限元计算,分析对比了不同焊接工艺参数对焊接温度场的影响程度。

关键词:管线钢;有限元;焊接温度场;AP DL中图分类号:TG402　文献标识码:A　文章编号:1001-3938(2007)02-0033-03 焊接热过程的准确计算是焊接冶金定量计算、焊接应力应变分析和焊接过程自动化控制的前提。

焊接热过程取决于外加热源的分布形式、材料的热物理性能以及材料与周围的换热等因素。

经典的雷卡林公式以点、线、面分布热源来模拟各种焊接热源,有一定的局限性。

焊接过程数值模拟的早期研究一直停留在二维水平上,近年来,随着计算机技术和有限元技术的发展,焊接过程三维数值模拟的研究成为该领域的研究前沿。

但是由于焊接过程的复杂性,焊接过程的三维数值模拟仍停留在以典型接头作为研究对象,在实际应用中有较大的局限性。

影响数值模拟技术在实际生产中应用的主要原因是计算时间过长或计算精度不高,这主要是下列因素造成的[1]:①焊接结构三维模型中自由度数目庞大;②严重的材料非线性导致求解过程的收敛困难;③高温区的存在使得控制数值模拟的精度和稳定性存在一定的困难;④缺乏材料的高温热物理参数。

笔者针对以上问题对管线钢三维焊接温度场进行了数值模拟,得出了管线钢焊接过程的温度场和热循环曲线,分析对比了不同焊接工艺参数对焊接温度场的影响程度。

1　焊接温度场数学模型的建立三维非线性瞬态热传导问题的控制方程为[2]cρ5T5t=55xλ5T5x+55yλ5T5y+55zλ5T5z+Q,(1)式中:ρ为材料的密度;λ,c为材料的导热系数和比热容,它们都是温度的函数;Q为内热源强度。

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236文章编号： 1001-3997 （2008 11-0236-02 ）机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture第 11 期 2008 年 11 月基于有限元分析钢板焊接温度场的影响因素仉传兴 1 肖汉斌 2 （１武汉理工大学港口装卸技术重点实验室，武汉４３００６３（２武汉理工大学物流工程学院，）武汉４３００６３）Factor to weld temperature fields of armor plate on finite element simulated analysisＺＨＡＮＧＣｈｕａｎ－ｘｉｎｇ１，ＸＩＡＯＨａｎ－ｂｉｎ２（１ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｅｃｈｎｃｌｏｇｙＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｔｈｅＰｏｒｔＨａｎｄｌｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）ＬｏｇｉｓｔｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００６３，Ｃｈｉｎａ）（２ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，【摘要】利用 ANSYS 软件的 APDL 语言以及单元“死活”技术模拟焊接的填充过程，较好的模拟焊接加热过程及整个温度场的瞬态变化并实现了参数化编程；利用有限元分析软件ANSYS 对钢板焊接温度场进行动态模拟，建立高斯函数热源模型，对各项焊接参数的合理选择和优化提供有效的参考。

关键词：焊接温度场；有限元分析；参数化编程【Abstract】Besides， Ansys Parameter Design language （APDL the ）and the technique of death-birth element were applied to simulate the process of weld filling. The instantaneous transformation of the whole temperature field and heating were simulated very well in the course of welding and the parameter design the program was achieved. It simulated temperature fields in base of ANSYS， finite element analysis soft－ ware，established a heat sources model with Gaussian function， last it assist people to choose the and at right welding parameters in welding effectively. Key words：Temperature fields of welding； Finite element analysis； Parameter design program 中图分类号： TH16， O241.82 文献标识码： A泊松比、弹性模量（N/m3 、）热膨胀系数（1/℃、）屈服强度（MPa 、）熔（℃等参数；焊接模拟属于典型的非点）（℃以及工作的初始温度）线性瞬态分析，而如今许多材料的热物理参数并不齐全，特别是在高温区接近熔化状态时还是空白；并且，某些参数如热导率和比热容，虽然随温度的变化而变化，但由于焊接过程中塑性应变的产生，使得其变化的结果与变化的过程相关，有时二者随温度变化的方向甚至相反；为解决这一问题，可以在 ANSYS 中输入材料在典型温度值的热物理性能参数，建立相关参数的工程数据库，而对于那些未知温度处的参数可以通过插值法和外推法来确定。

基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究摘要：本文通过使用ANSYS仿真软件，针对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。

首先，对焊接过程进行了理论分析，分析了焊接过程中的热传导、热传递和热辐射等因素对焊接温度场的影响。

然后，利用ANSYS软件对三维焊接模型进行了建模，并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程中的温度场和应力分布。

最后，通过对模拟结果的分析和讨论，总结了焊接温度场和应力分布的特点，并提出了一些改进措施，以提高焊接过程的质量和效率。

一、引言焊接作为常用的结合工艺，广泛应用于制造业和建筑业等领域。

在焊接过程中，温度场和应力分布的研究对于保证焊接接头的质量和可靠性非常重要。

传统的试验方法需要大量的时间和成本，而且难以观察到焊接过程中的内部情况。

因此，使用数值模拟方法对焊接过程进行研究具有重要意义。

二、焊接温度场的理论分析焊接过程中的温度场受到多种因素的影响，包括热传导、热传递和热辐射等。

热传导是由于焊接电弧产生的热量在焊缝和近场区域内的传递。

热传递是由于焊接电弧产生的热量在远场区域内的传递。

热辐射是由于高温熔池表面辐射的热量在焊接过程中的传递。

在理论分析中，需要考虑这些因素对温度场的影响，并建立相应的数学模型。

三、焊接温度场的数值模拟为了研究焊接过程中的温度场，我们使用ANSYS软件对三维焊接模型进行建模，并对焊接过程进行数值模拟。

首先，我们需要确定焊接材料的物理参数和边界条件。

然后，我们建立焊接模型，并进行网格划分。

接下来，我们通过设置焊接电弧的功率和时间来模拟焊接过程。

最后，我们得到了焊接过程中的温度场分布。

四、焊接应力场的理论分析焊接过程中的应力分布受到多种因素的影响，包括热应力、冷却应力和残余应力等。

热应力是由于焊接过程中的温度差异引起的，冷却应力是由于焊接材料的收缩引起的，残余应力是由于焊接材料的变形引起的。

在理论分析中，需要考虑这些因素对应力场的影响，并建立相应的数学模型。

基于ANSYS的某焊件两焊缝在顺序焊接过程中分析(含命令流)目录一、前言 (3)二、基本方法 (3)三、条件 (3)四、物理性能表 (3)五、基本数据 (4)六、分析结果 (4)七、附录： (4)一、前言本文是对一焊件两个焊缝的凝固过程的温度场进行分析，焊缝及两钢板的材料为钢。

二、基本方法使用有限元分析方法并且使用ANSYS分析软件。

采用三维八节点热分析SOLID70单元，利用生死单元技术，对两个焊缝连续凝固的过程进行分析，本分析分6步进行，首先杀死一个焊缝的所有单元，进行稳态分析，得到温度的初始条件；进行瞬态分析，分析右焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析右焊缝的凝固过程；激活焊缝的所有单元，进行短时间的瞬态分析，得到温度初始条件；进行瞬态分析，分析左焊缝的液固相变的转换过程；进行瞬态分析，分析左焊缝的凝固过程。

分析时，采用英制单位。

三、条件初始条件：焊接件的温度为70℉，焊缝的温度为3000℉。

对流边界条件：对流系数0.00005 Btu/(s·in2·℉)，空气温度70℉。

四、物理性能表五、基本数据底板尺寸：2in×1.2in×0.34in上板尺寸：1in×1.2in×0.34in焊角尺寸：R=0.17in六、分析结果根据以上的有限元模型，完成对焊件的稳态分析，焊缝相变分析，焊缝凝固分析后，得到温度分布图，见附录。

七、附录：分析模型：网格化分：温度分布图（1s）：温度分布图（2s）：温度分布图（100s）：温度分布图（1000s）：温度分布图（1001s）：温度分布图（1100s）：温度分布图（2000s）：焊接过程中温度随时间变化曲线图：命令流：FINISH/FILNAME,QMH/PREP7ET,1,SOLID70MP,KXX,1,.5e-3MP,C,1,.2MP,DENS,1,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,1,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 MP,KXX,2,.5e-3MP,C,2,.2MP,DENS,2,.2833MP,KXX,3,.5e-3MP,C,3,.2MP,DENS,3,.2833MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000 MPDATA,ENTH,3,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 BLOCK,-0.17,0.17,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.17,0.34,0,0.34,0,1.2BLOCK,0.34,1,0,0.34,0,1.2BLOCK,-0.17,0.17,0.34,0.51,0,1.2 BLOCK,-0.17,0.17,0.51,1.34,0,1.2 WPAVE,0.17,0.34,0CYLIND,0.17,0,0,1.2,0,90WPAVE,0,0,0CSYS,0FLST,3,3,6,ORDE,3FITEM,3,2FITEM,3,-3FITEM,3,6VSYMM,X,P51X,,,,0,0VGLUE,ALLVPLOT,ALL VATT,1,1,1 VSEL,S,,,1 VSEL,A,,,12,17,1 VATT,2,1,1 VSEL,S,,,11 VATT,3,1,1 ALLSEL,ALL ESIZE,0.05 VSWEEP,ALL ESEL,S,MAT,,3 TOFFST,460 EKILL,ALL ALLSEL,ALL/SOLU ANTYPE,TRANS TIMINT,OFF ESEL,S,MAT,,1 NSLED,ALL,TEMP,3000 NSEL,INVED,ALL,TEMP,70KBC,0ALLSEL,ALLSOLVEDDELE,ALL,TEMP TIMINT,ON TINTP,,,,1TIME,100 DELTIME,1,0.5,10 AUTOTS,ONKBC,1OUTRES,ERASE OUTRES,ALL,ALL ASEL,S,EXTASEL,S,EXTASEL,U,LOC,Y,0 SFA,ALL,,CONV,5E-5,70 ALLSEL,ALLSOLVETIME,1000 DELTIME,50,10,100 AUTOTS,ONEALIVE,ALL ALLSEL,ALL ESEL,S,MAT,,3 NSLED,ALL,TEMP,3000 TIME,1001 DELTIME,1,1,1 ALLSEL,ALL SOLVEDDELE,ALL,TEMP TIME,1100 DELTIME,1,0.5,10 SOLVETIME,2000 DELTIME,100,10,200 SOLVE/POST1 SET,,,,,,,1 PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,25 PLNSOL,TEMP,,0PLNSOL,TEMP,,0SET,NEXTPLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,58PLNSOL,TEMP,,0 SET,,,,,,,64PLNSOL,TEMP,,0/POST26NSOL,2,4727,TEMP,,TEMP_2 STORE,MERGENSOL,3,4752,TEMP,,TEMP_3 STORE,MERGENSOL,4,4808,TEMP,,TEMP_4 STORE,MERGENSOL,5,4833,TEMP,,TEMP_5 STORE,MERGENSOL,6,4883,TEMP,,TEMP_6 STORE,MERGENSOL,7,4908,TEMP,,TEMP_7 STORE,MERGENSOL,8,5088,TEMP,,TEMP_8STORE,MERGENSOL,9,5308,TEMP,,TEMP_9 STORE,MERGE/AXLAB,X,TIME/AXLAB,Y,TEMPERATURE /XRANGE,0,2000 PLVAR,2,3,4,5,6,7,8,9/EXIT,NOSAV。

ANSYS 操作实例问题描述某一平板由钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸为1*1*0.2，横截结构如图1所示，平板初始温度为800℃，将平板放置于空气中进行冷却，周围空气温度为30℃，对流系数为110W/（2m·℃）。

求10分钟后平板内部的温度场及应力分布。

图 1材料温度℃弹性模量Gpa屈服强度Gpa切变模量Gpa导热系数W/(m·℃)线膨胀系数℃1-比热容J/(kg·℃)密度Kg/3m泊松比钢30 206 1.40 20.666.6 1.06e-5 460 7800 0.3 200 192 1.33 19.8400 175 1.15 18.3600 153 0.92 15.6800 125 0.68 11.2铜30 103 0.9 10.3383 1.75e-5 390 8900 0.3 200 99 0.85 0.98400 90 0.75 0.89600 79 0.62 0.75800 58 0.45 0.52铁30 118 1.04 1.1846.55.87e-645070000.3200 109 1.01 1.02 400 93 0.910.86 600 75 0.76 0.69 800520.560.51表1 材料性能参数求解步骤第一步：建立工作文件名1、选择utility menu/file/change jobname 命令，出现 change jobname 对话框，在文本框中输入工作文件名thermal ，如图2所示单击ok 按钮关闭对话框。

图 22、选择main menu/prefercens 命令，弹出对话框，做如图3改动图 3第二步：定义单元类型1、选择main menu/preprocessor/element type/add/edit/delete 命令2、单击add按钮，在生成对话框中分别选择couple field、vector quad 13,单击ok，如图4所示图 43、单击element type对话框上的options按钮，出现plane13 element type options 对话框，在element degree of freedom k1下拉列表中选择ux uy temp az选项，其余采用默认值，单击ok，如图5所示图 54、单击element type对话框上的add，在出现的对话框中分别选择couple field、scalar brick5选项，单击ok，如图6所示图 65、单击element type对话框中的close按钮，关闭对话框第三步：定义材料性能参数1、选择main menu/ preprocessor / material props /material models 命令2、在出现的对话框中依次双击thermal、conductivity、isotropic选项，在出现的对话框中输入导热系数66.6，单击ok，如图7所示图73、依次双击structral、thermal expansion、secant coefficient、isotropic选项，在出现的ALPX文本框中输入线膨胀系数1.06e-5，单击ok如图8所示图84、依次双击structral、density选项，在dens文本框中输入密度7800，单击ok，如图9所示5、依次双击thermal、specific heat选项，在C文本框中输入比热460，单击ok，如图10所示图106、依次双击structral、linear、elastic、isotropic选项，在出现的对话框中单击add temperature按钮4次，如图11所示设置，单击ok图117、依次双击structral、nolinear、inelastic、rate independent、kinematic hardening plasticcity、mises plasticty、bilinear选项，在出现的对话框中单击add temperature 按钮4次，如图12所示设置，单击ok图128、在define material model behavior对话框中选择material/new model命令，在define material id文本框中输入2，单击ok9、依次双击thermal、conductivity、isotropic选项，在出现的对话框中输入导热系数383，单击ok10、依次双击structral、thermal expansion、secant coefficient、isotropic选项，在出现的ALPX文本框中输入线膨胀系数1.75e-5，单击ok11、依次双击structral、density选项，在dens文本框中输入密度8900，单击ok12、依次双击thermal、specific heat选项，在C文本框中输入比热390，单击ok13、依次双击structral、linear、elastic、isotropic选项，在出现的对话框中单击add temperature按钮4次，如图13所示设置，单击ok图1314、依次双击structral、nolinear、inelastic、rate independent、kinematic hardening plasticcity、mises plasticty、bilinear选项，在出现的对话框中单击add temperature 按钮4次，如图14所示设置，单击ok图1415、在define material model behavior对话框中选择material/new model命令，在define material id文本框中输入3，单击ok16、依次双击thermal、conductivity、isotropic选项，在出现的对话框中输入导热系数46.5，单击ok17、依次双击structral、thermal expansion、secant coefficient、isotropic选项，在出现的ALPX文本框中输入线膨胀系数5.87e-6，单击ok18、依次双击structral、density选项，在dens文本框中输入密度7000，单击ok19、依次双击thermal、specific heat选项，在C文本框中输入比热450，单击ok20、依次双击structral、linear、elastic、isotropic选项，在出现的对话框中单击add temperature按钮4次，如图15所示设置，单击ok图1521、依次双击structral、nolinear、inelastic、rate independent、kinematic hardening plasticcity、mises plasticty、bilinear选项，在出现的对话框中单击add temperature 按钮4次，如图16所示设置，单击ok图1622、在define material model behavior对话框中选择material/exit命令，关闭该对话框第四步：创建几何模型、划分网格1、选择main menu/preprocessor/moeling/create/keypints/in active CS命令，在出现的NPT keypoints number文本框中输入关键点编号1，在X，Y，Z location in active CS 文本框中依次输入关键点坐标0、0、02、单击apply ，依次输入一下关键点编号和坐标：2（0.5,0,0）；3（1,0,0）；4（0,0.2,0）；5（0.4,0.2,0）；6（0.6,0.2,0）；7（1,0.2,0）；3、选择main menu/preprocessor/modeling/create/areas/arbitrary/through KPs 命令，在出现的菜单文本框中输入1,2,5,4，单击apply，在文本框中输入2,3,7,6，单击ok4、选择utility menu/workplane/change active CS to/Global Cylindrical命令，将当前激活坐标系转变为柱坐标系5、选择main menu/preprocessor/modeling/create/lines/lines/in Active Coord命令，在出现的菜单文本框中输入6,5，单击ok6、选择Utility Menu/PlotCtrls/Numbering命令，在出现的菜单中选择Line numbers和Area numbers选项，使其由OFF变为ON，单击ok7、选择main menu/preprocessor/meshing/mesh/areas/arbitrary/By Lines命令，在出现的菜单文本框中输入2,8,9，单击ok8、选择Utility Menu/plot/areas命令，窗口显示生成的平面几何模型，如图17所示图179、选择main menu/preprocessor/meshing/size cntrls/manua size/global/size命令，在出现的菜单SIZE element edge length文本框中输入0.05，单击ok如图18所示图1810、选择main menu/preprocessor/meshing/mesh/areas/mapped/3or4 sided命令，在出现的菜单文本框中输入1,2,3，单击ok11、选择Utility Menu/plot/elements命令，显示窗口显示网格划分结果，如图19所示图1912、选择main menu/preprocessor/meshing/size cntrls/manua size/global/size命令，将SIZE element edge length文本框中输入0.05删掉，在NDIV NO.of element divisions 文本框中输入10，单击ok现Element Extrusion Options对话框，在【type】下拉列表中选择2 solid5，在【MAT】下拉列表中选择1，其余不做改动，单击ok，如图20所示图2014、选择main menu/preprocessor/modeling/operate/extrude/areas/along normal命令，在出现的Extrude Area by菜单文本框中输入1，单击ok，出现Extrude Area along normsl 对话框，在NAREA文本框中输入1，在DIST文本框中输入1，单击ok，如图21所示图21现Element Extrusion Options对话框，在【MAT】下拉列表中选择3，其余不做改变，单击ok，如图22所示图2216、选择main menu/preprocessor/modeling/operate/extrude/areas/along normal命令，在出现的Extrude Area by菜单文本框中输入2，单击ok，出现Extrude Area along normsl 对话框，在NAREA文本框中输入2，在DIST文本框中输入1，单击ok17、选择main menu/preprocessor/modeling/operate/extrude/elem ext opts命令，出现Element Extrusion Options对话框，在【MAT】下拉列表中选择2，其余不做改变，单击ok18、选择main menu/preprocessor/modeling/operate/extrude/areas/along normal命令，在出现的Extrude Area by菜单文本框中输入3，单击ok，出现Extrude Areaalong normsl 对话框，在NAREA文本框中输入3，在DIST文本框中输入-1，单击ok19、拖拉面生成结果如图23所示图23 拖拉生成结果第五步：加载求解1、选择main menu/solution/analysis type/new analysis 命令，出现new analysis 对话框，选择分析类型为transient，如图24所示，单击ok，出现transient analysis 对话框，采用full设置，如图25所示，单击ok图24图252、选择main menu/solution/load step opts/time-frenquenc/time integration/amplitude decay命令，出现time integeration controls 对话框，进行如图26所示设置，单击ok图263、选择main menu/solution/analysis type/sol’n controls 命令，出现solution controls对话框，选择basic选项卡，参照图27进行设置；选择transient选项卡，参照图28进行设置，单击ok图27图284、选择main menu/solution/define loads/apply/structural/temperature/uniform temp 命令，出现uniform temperature 对话框，如图29进行设置，单击ok图295、选择utility menu/select/entities命令，出现select entities对话框，在第1个下拉列表中选择Areas，第2个下拉列表中选择By num/pic 选项，点击Unselect 选项，单击ok，出现Unselect areas 菜单，在文本框中输入6,13，单击ok关闭该菜单6、选择Utility menu/select/entities 命令，出现select entities对话框，在第1个下拉列表中选择Nodes，第2个下拉列表中选择Attached to 选项,在第3个选项中点击Areas,all选项，并选中From Full 选项，单击ok关闭此菜单7、选择Main menu/solution/define loads/apply/thermal/convection/on nodes命令，在出现的菜单中单击Pick all，出现Apply CONV on nodes 对话框，如图30进行设置，单击ok关闭此对话框图308、选择Utility Menu/select/everything命令9、选择Main Menu/solution/solve/Current LS 命令，出现Solve Current Load Step对话框，单击ok，ANSYS开始求解计算第六步：查看求解结果1、选择Manu Menu/general postproc/read results/last Set命令2、选择Manu Menu/general postproc/plot results/contour plot/nodal solu 命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Node Solution/DOF Solution/Nodal Temperature,单击ok，ANSYS显示窗口显示温度场分布等值线图，如图31所示图31 温度等值线图3、选择Manu Menu/general postproc/plot results/contour plot/nodal solu 命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，依次选择Node Solution/DOF Solution/X、Y、Z-Compenent of displancement 选项，单击ok，便可以在ANSYS显示窗口查看X、Y、Z方向上的位移场分布等值线图，如图32、33、34所示图32 X方向位移等值线图图33 Y方向位移等值线图图34 Z方向位移等值线图4、选择Manu Menu/general postproc/plot results/contour plot/nodal solu 命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，依次选择Node Solution/Stress/X、Y、Z-Compenent of stress 选项，单击ok，便可以在ANSYS显示窗口查看X、Y、Z 方向上的应力场分布等值线图，如图35、36、37所示图35 X方向应力等值线图图36 Y方向应力等值线图图37 Z方向应力等值线图5、选择Manu Menu/general postproc/plot results/contour plot/nodal solu 命令，出现Contour Nodal Solution Data对话框，选择Node Solution/Stress/von Mises stress 选项，单击ok，便可以在ANSYS显示窗口查看等效应力场分布等值线图，如图38所示图38 等效应力等值线图6、选择Utilty Menu/File/Exit命令，出现Exit from ANSYS对话框，选中Quit-save everything,单击ok，关闭ANSYS。

武汉理工大学硕士学位论文基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究姓名：谢元峰申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：肖汉斌20060401茎堡望三查兰堡主兰焦垒奎——————————————＿－＿——＿————————————●——－－＿＿＿＿＿——————————————————————一中，对流系数这一参数它综合体现了焊接过程外界环境因素的影响。

３．２．２焊接速度在实际焊接操作过程中，焊接速度是影响焊接质量的一个重要的工艺参数，它虽然由焊接工艺本身确定，但在利用ＡＮＳＹＳ进行有限元分析时，这一参数对模拟结果有着重要的影响。

对于同样的焊接热源加载形式，由于所采用的焊接速度的不同，导致了焊接能量的差异，进而影响到焊接温度场的分布。

以下几种不同的速度下的焊接温度场分布状况。

图３．５焊接速度ｖ一０．００８Ⅱｌ／ｓ电弧有效半径ｒ＝０．００６ｍ时的温度场分布云图图３．６焊接速度ｖ＝０．０１ｍ／ｓ电弧有效半径ｒ＝０．００６ｍ时的温度场分布云图些堡里三盔兰堡主堂垡垒奎通过上图３．５和图３．６可以看出，采用相同的焊接热物理参数，当焊接热源的功率一定时，改变焊接速度，等温线的范围也随之发生变化，焊接速度增加，等温线的范围变小，在焊缝横截面方向上温度梯度大，故而温度场变得细长，焊缝区温度下降。

３．２．３电弧有效半径在ＡＮＳＹｓ中进行焊接热过程模拟时，焊接电弧有效半径的大小对模拟结果的精确性有着直接的影响。

电弧有效半径与前章介绍的高斯分布热源有着密切关系，是指加载热源所形成的有效圆形作用区域的半径。

下面是本试件在三种不同电弧有效半径时得温度场分布云图。

（其它参数相同）从上图３．７～图３．９中可以看到，三种不同的电弧有效半径，最高温度相差７４８℃。

可见采用不同的电弧有效半径面对焊接温度场的影响很大，焊接半径越小，热量相对集中，焊接区域的温度越高，则焊接熔池的熔深变大，但熔宽变小；反之亦然。

图３．７电弧有效半径ｒ；０．０５焊接速度Ｖ＝Ｏ．００８ｍ／ｓ时的温度云图武汉理工大学硕士学位论文图３－８电弧有效半径ｒ＝Ｏ．０６焊接速度ｖ＝０．００８州ｓ时的温度云图图３—９电孤有效半径ｒ＝Ｏ．０７焊接速度ｖ＝Ｏ．００８ｍ，ｓ时的温度云图３．３温度场、应力的求解通过前面的建模和确定热源模型，接下来介绍温度场和应力场的求解过程。

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着制造业和机械工程领域的不断发展，焊接技术已成为生产制造过程中重要的工艺手段。

在焊接过程中，温度场和应力的变化对焊接质量、产品性能及使用寿命具有重要影响。

因此，对焊接过程中的温度场和应力进行准确预测和控制，对于提高产品质量和优化生产过程具有重要意义。

本文基于ANSYS软件，对焊接过程中的温度场和应力进行数值模拟研究，旨在为实际生产过程中的焊接工艺优化提供理论依据。

二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立首先，根据实际焊接过程，建立三维有限元模型。

模型中应考虑焊缝、母材等关键部分的几何形状和材料属性。

同时，为提高计算效率，可对模型进行合理简化。

2. 材料属性及热源模型在模拟过程中，需要输入材料的热导率、比热容、热扩散率等热物理参数。

此外，选择合适的热源模型也是关键。

本文采用高斯热源模型，该模型能较好地描述焊接过程中的热输入分布。

3. 数值求解利用ANSYS软件的热分析模块，对焊接过程中的温度场进行数值求解。

通过设定合理的初始条件和边界条件，求解出焊接过程中的温度分布。

三、焊接应力的数值模拟1. 模型转换在得到温度场分布后，将热分析结果作为应力分析的初始条件。

将热分析模型转换为应力分析模型，并设定相应的材料属性。

2. 应力分析利用ANSYS的应力分析模块，对焊接过程中的应力进行数值模拟。

考虑焊缝收缩、母材约束等因素对应力的影响。

通过求解，得到焊接过程中的应力分布。

四、结果与讨论1. 温度场分析通过数值模拟，可以得到焊接过程中的温度场分布。

分析温度场的变化规律，可以了解焊接过程中的热输入、热传导及热扩散等情况。

同时，还可以预测焊接过程中的潜在问题，如热裂纹、热变形等。

2. 应力分析根据应力分布结果，可以了解焊接过程中产生的残余应力。

残余应力对产品的性能和使用寿命具有重要影响。

通过分析残余应力的分布和大小，可以为优化焊接工艺提供依据。

此外，还可以考虑采用相应的工艺措施，如焊后热处理、优化焊接顺序等，以降低残余应力。