焊接温度场与应力场的研究历史与发展

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。

激光焊接中的温度场与应力分析激光焊接是当前一种应用广泛的金属焊接技术，它具有结构紧凑、能耗低、工作稳定等优点。

而激光焊接中的温度场分析和应力分析则是保证激光焊接连接强度和质量的重要技术手段。

本文就激光焊接中的温度场和应力分析进行了深入探讨。

一、激光焊接中的温度场分析在激光焊接中，由于热源本身具有高的温度和较小的热影响区，所以焊接过程中产生的热量主要作用在局部的焊缝上。

在焊接过程中，由于材料的物理性质和热传递速率的不同，会在焊缝上形成不同的温度场。

为了分析并控制激光焊接中的温度场，需要运用有限元分析等方法进行模拟计算，得出焊缝温度分布曲线。

激光焊接中的温度场分析有利于确定焊接过程中的温度控制参数，从而保证焊接质量。

常见的温度控制参数包括激光功率、焊接速度、预热温度等，这些参数的优化和控制可以使得焊接质量更为稳定，同时也可以有效降低成本。

二、激光焊接中的应力分析激光焊接中的应力主要来自于焊接过程中的热冲击和材料内部应力的释放。

在焊接过程中，由于局部高温和快速冷却的作用，会使得焊件发生热变形，从而产生应力。

应力分析是为了控制焊接质量和避免铆接开裂等异常情况出现而进行的重要分析方法。

应力分析需要考虑到焊缝的几何形状、材料的物理性质、热传导、膨胀系数等因素，这些因素共同决定了焊接过程中的应力分布。

最常用的应力分析方法是有限元法，通过建立焊接模型，输入激光功率、焊接速度、预热温度等参数，得到局部应力变化规律，进而预测焊缝的应力分布，并指导焊接工艺优化。

三、激光焊接的应用激光焊接由于其高效、快捷、节能的特点，近年来已经广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域的生产制造过程中。

例如，汽车发动机缸头、汽车轮毂、机械结构件等均采用激光焊接工艺制造。

同时，激光焊接也被广泛应用于高新技术领域，例如微电子封装、薄膜材料加工等领域。

激光焊接的应用需要依靠温度场和应力分析，保证焊接质量、连接强度和可靠性。

同时，激光焊接还需要在实际应用场景中不断进行工艺优化和改进，以适应新材料和新领域的应用需求，推动激光焊接技术的发展。

机械工程中的温度场与应力场分析机械工程是一门应用学科，研究机械结构的设计、制造和维护等方面的知识。

而在机械工程中，温度场与应力场分析是非常重要的一部分，它们直接影响着机械结构的性能和寿命。

本文将介绍机械工程中的温度场与应力场分析，探讨其原理、应用以及相关技术。

一、温度场分析1. 温度场的定义与意义温度场是指在空间中不同位置的温度分布情况。

在机械工程中，温度场对于材料的热胀冷缩、热变形以及热应力等方面的影响非常重要。

通过对温度场的分析，可以确定机械结构在不同温度条件下的性能，进而进行合理的设计和优化。

2. 温度场分析的方法温度场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的热传导方程求解技术，如分析法、二维和三维有限元法等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到温度场的分布情况。

3. 温度场分析的应用温度场分析在机械工程中有着广泛的应用。

例如，在锻造、焊接、铸造等工艺过程中，温度场分析可以帮助工程师确定材料的热历史，预测材料的变形情况，从而指导工艺参数的选择。

此外，在机械结构的设计中，温度场分析可以帮助工程师确定合理的材料选择、结构改进，提升机械结构的耐高温性能。

二、应力场分析1. 应力场的定义与意义应力场是指在机械结构内部不同位置的应力状态。

应力是材料内部的力学性质，对于机械结构的强度、刚度、耐久性等方面具有重要影响。

通过对应力场的分析，可以确定机械结构在工作载荷下的应力分布情况，进而进行合理的设计和优化。

2. 应力场分析的方法应力场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的力学方程求解技术，如静力学、弹性力学等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到应力场的分布情况。

3. 应力场分析的应用应力场分析在机械工程中具有广泛的应用。

例如，在机械结构的设计中，应力场分析可以帮助工程师确定机械结构的合理尺寸、形状和材料，确保机械结构在工作载荷下不会发生失效。

焊接过程中的温度场分布研究引言焊接是一种常用的金属加工方式，在工业生产中起着重要的作用。

焊接过程中的温度场分布研究对于有效控制焊接质量、降低焊接应力和变形具有重要意义。

本文将探讨焊接过程中的温度场分布研究现状以及影响温度场分布的因素，并介绍了一些常见的温度场分布研究方法和数值模拟技术。

研究现状焊接过程中的温度场分布研究是焊接工艺学领域的重要研究内容之一。

在过去的几十年里，许多学者进行了深入的研究，并取得了一系列重要的成果。

他们通过实验、数值模拟和理论分析等方法，研究了焊接过程中的温度场分布特征及其对焊接质量的影响。

影响因素焊接过程中的温度场分布受到许多因素的影响，包括焊接材料、焊接工艺参数、焊接热源等。

这些因素的变化会导致温度场分布的不同，从而对焊接结果产生重要影响。

下面将对几个主要影响因素进行简要介绍：焊接材料焊接材料的热导率和热膨胀系数等物理特性会影响温度场分布。

不同材料具有不同的热传导和热膨胀性能，因此焊接过程中的温度分布也会有所差异。

焊接工艺参数焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度和预热温度等，对焊接过程中的温度场分布具有重要影响。

这些参数的调整会改变焊接热输入和焊接速度，从而影响温度场的形成和演化。

焊接热源焊接热源是焊接过程中产生热量的来源，其类型和特性会对温度场分布产生重要影响。

常见的焊接热源有电弧、激光和电阻等，它们的热输入方式和能量密度不同，会导致不同的温度场分布。

研究方法为了研究焊接过程中的温度场分布，学者们采用了多种研究方法。

实验方法实验方法是最直接、最常用的研究方法之一。

通过在实际焊接过程中测量温度分布，可以获得真实、准确的温度场数据。

常用的实验方法包括热电偶测温、红外热像仪和红外线测温等。

数值模拟方法数值模拟方法是一种有效的研究手段，能够模拟和预测焊接过程中的温度场分布。

利用计算机软件和数值算法，可以对焊接过程进行数字仿真，并得到温度场的分布情况。

常用的数值模拟方法有有限元法和有限差分法等。

本文由老高咯贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。

沈阳工业大学硕士学位论文焊接温度场和应力场的数值模拟姓名：王长利申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：董晓强 20050310沈阳工业大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。

一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。

本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论，并结合数值计算的方法，对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究，提出了基于ＡＮＳＹＳ软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊问题进行了实例计算，而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。

本文研究的主要内容包括：在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题；选用高斯函数分布的热源模型，利用函数功能实现热源的移动。

建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题；对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟，利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。

本文建立了可行的三维焊接温度场、应力场的动态模拟分析方法，为优化焊接结构工艺和焊接规范参数，提供了理论依据和指导。

关键词：焊接，数值模拟，有限元，温度场，应力场沈阳工业大学硕士学位论文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＡｂｓｔｒａｃｔＷｅｌｄｉｎｇｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａ／ｐｒｏｃｅｓｓｗｌｆｉｅｈｉｎｖｏｌｖｅｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｍａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅｗｅｌｄｉｎｇＳＯｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｏｎ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｈｉｇｈｑｕａｆｉｔｙｗｅｌｄｉｎｇｓｔｍｃｔｔｌｒｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｏｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｆｃａｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｅｓｉｇｎ，ｐｍｃｅｄｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＢａｓｅｄＯｉｌｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｔｈｅｒ’Ｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ删ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅ３Ｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏａｒｄｓｕｒｆａｃｉｎｇｂｙＦＥＭｓｏｆｔＡＮＳＹＳ．Ａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｕｌｔ．ｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｎｄＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓａｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｈｏｏｓｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌ．ｕｓｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｍａｎｄｔｏａｐｐｌｙｌｏａｄｏｆｍｏｖｉｎｇｈｅａｔＳ０１２Ｉｅ－２．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｖｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｓｏＢｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｓｈｓｉｚｅ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａ比ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｒｔｈｅｕｎ—ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｌＴｅｓｓｉｓｓｏｌｖｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌＳｌｌ℃ＳＳｉｎｗｅｌｄｉｎｇｃａｎｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｅａｓｉｂｌｅｓｌＩｅｓｓｄｙｎ黜ｆｉｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎ３Ｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｏｎｆｉｅｌｄｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤ：Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，Ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．２．独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

焊接过程中的温度场与应力场仿真焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和冷却的过程将两个或多个金属零件连接在一起。

在焊接过程中，温度场和应力场是两个重要的物理现象，对焊接质量和工件性能有着重要的影响。

本文将探讨焊接过程中温度场和应力场的仿真分析。

1. 焊接过程中的温度场仿真焊接过程中，电弧或激光等热源会将焊接区域加热到高温，使金属材料熔化并形成焊缝。

温度场仿真可以帮助我们了解焊接过程中的温度分布情况，进而优化焊接参数和工艺。

首先，我们可以使用有限元分析方法进行温度场仿真。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，将复杂的物理问题离散化为有限个简单的子问题，通过求解这些子问题来获得整体的解。

在焊接过程中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，然后根据热传导方程和边界条件，求解每个小单元的温度分布。

通过将这些小单元的温度场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的温度场分布。

其次，我们还可以使用计算流体力学（CFD）方法进行温度场仿真。

CFD方法是一种基于流体力学原理的计算方法，可以模拟流体的运动和传热过程。

在焊接过程中，焊接区域的气体和熔池的流动对温度场分布有着重要的影响。

通过建立焊接区域的几何模型、设置边界条件和求解流动和传热方程，我们可以得到焊接过程中气体和熔池的温度分布情况。

温度场仿真可以帮助我们分析焊接过程中的热效应，进而优化焊接参数和工艺。

例如，通过仿真分析，我们可以确定合适的预热温度和焊接速度，以控制焊接区域的温度分布，避免产生焊接缺陷和变形。

2. 焊接过程中的应力场仿真焊接过程中的温度变化会引起金属材料的热膨胀和收缩，从而产生应力。

应力场仿真可以帮助我们了解焊接过程中应力的分布情况，预测焊接区域的变形和残余应力。

与温度场仿真类似，应力场仿真也可以通过有限元分析和CFD方法来实现。

在有限元分析中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，并根据材料的本构关系和边界条件，求解每个小单元的应力分布。

通过将这些小单元的应力场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的应力场分布。

焊接过程的温度场与热裂纹预测研究随着工业化进程的加快，焊接作为一种重要的加工技术被越来越广泛地应用。

然而，焊接过程中产生的热影响区域（HAZ）和热裂纹的形成一直是焊接工艺中的难题之一。

为了预测和防止热裂纹的产生，研究焊接过程的温度场和热应力分布具有重要的意义。

一、焊接过程的温度场分析焊接过程中，热源对工件的加热作用主要由传热方式、传热速率和热源温度等因素决定。

根据热传输的机理，可以得到焊接过程的传热方程和热传导方程。

通过数值模拟方法和实验验证，可以得到焊接过程中的温度场分布规律。

在焊接过程中，由于热源不断加热焊缝和母材，在焊接区域形成高温区，而在热影响区域（HAZ）中则形成了一系列温度梯度较大的区域。

这些高温区和温度梯度变化大的区域将对焊接过程中的组织和性能产生影响。

因此，正确预测焊接过程中的温度场分布，可以有效地控制焊接质量，减少缺陷的产生。

二、热裂纹的形成机理热裂纹的形成是由于热应力的作用，使得焊接件中的材料发生裂纹。

在焊接过程中，热源引起局部加热，但焊缝和母材的热膨胀系数不同，因此在接点会产生内应力。

若焊接温度高，热影响区域生成的组织组织相差大，常常是由于热应力的大小超过局部材料强度引起的。

基于这一原理，常用的防止热裂纹的方法是选择合适的焊接参数和工艺，减少热作用对材料的影响。

三、热裂纹预测方法为了预测热裂纹的产生，需要对焊接工艺中的参数、焊缝和母材材料属性等因素进行分析。

现有的预测方法主要包括实验方法、数值模拟方法和经验规则方法。

实验方法主要是通过焊接试样的制备和试验分析，得到焊接过程中的温度场和热应力等参数，以此预测热裂纹的发生。

这种方法的优点是准确度高，但缺点是成本高、周期长且难以实现真实的焊接过程。

数值模拟方法是用计算机程序模拟焊接过程中各个参数的变化情况，以此预测热裂纹的发生。

这种方法的优点是可以模拟复杂的焊接过程，减少实验成本，但缺点是需要大量的材料参数和物理模型，同时计算量也比较大。

焊接过程温度场和应力场三维数值仿真技术史平安莫军材料加工过程虚拟与仿真一直是近年来材料加工领域的研究热点。

对于焊接过程而言，其物理现象本身非常复杂，是一个涉及高温电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，因此在建立精确的物理模型方面存在着较大的难度。

由于焊接过程温度梯度很大，在空间域内大的温度梯度导致严重的材料非线性，产生求解过程中的收敛困难和解的不稳定性；在时间域内大的温度梯度决定了瞬态分析时离散程度上的加大，直接导致求解时间步的增加。

由于上述原因，焊接过程数值模拟的研究长期以来一直停留在二维水平上。

近年来，随着计算机技术的发展，焊接过程三维数值模拟成为该领域的重要研究课题。

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基础性研究阶段，且大多是以典型接头作为研究对象，远未达到应用于实际结构的水平。

影响加工过程三维数值模拟在实际生产中应用的主要因素可概括为三点：(1) 焊接结构三维模型自由度数目庞大；(2) 严重的材料非线性导致求解过程收敛困难；(3) 高温区的存在使得数值模拟的精度和稳定性难以保证。

这些因素的存在直接导致计算时间的增多。

针对上述问题，为了减少计算时间和三维模型的自由度数目，本文选择了适当的数学模型和物理模型。

在区域W中，有力学平衡方程和应力应变间的本构方程以及热过程控制方程为了真实反映焊接过程中不同时刻的温度场和应力场，焊接热源按表面移动热流处理，热源内的能量按高斯函数分布。

在焊接电流、电压和热效率分别为I、U和h时，取电弧中心处最大比热流为q m=KhUI/2p，距电弧中心处的比热流为q R =q m exp(-KR2)。

图1布布根据上述方法计算单元点上的热流强度，再在单元内部按分段线性计算表面的热流，热源移动通过自定义的子程序实现。

还采用了适用于焊接过程数值模拟的网格自适应技术：把焊接看作相对较小的非线性区域在大的弹性体上的运动。

非线性区域代表着电弧作用的区域，发生着较大的非线性变形行为，且存在很大的温度梯度，此区域采用加密网格描述；而结构远离非线性区域的部分在焊接过程中基本保持线性，温度变化范围也相对较小，此区域采用稀疏的网格描述。