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《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。
第36例热应力分析（间接法）实例一液体管路本例介绍了利用间接法进行热应力计算的方法和步骤：首先进行热分析得到结构节点温度分布，然后把温度作为载荷施加到结构上并进行结构分析。
36.1概述利用间接法计算热应力，首先进行热分析，然后进行结构分析。
热分析可以是瞬态的，也可以是稳态的，需要将热分析求得的节点温度作为体载荷施加到结构上。
当热分析是瞬态的时，需要找到温度梯度最大的时间点，并将该时间点的结构温度场作为体载荷施加到结构上。
由于•间接法可以使用所有热分析和结构分析的功能，所以对「•大多数情况都推荐使用该方法。
间接法进行热应力计算的主要步骤如下。
热分析瞬态热分析的过程在前例已经介绍过，下面介绍稳态热分析。
稳态热分析用于研究稳定的热载荷对结构的影响，有时还用于瞬态热分析时计算初始温度场。
稳态热分析主要步骤如bo1.建模稳态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。
但需注意的是：稳态热分析必须定义材料的导热系数。
2.施加载荷和求解⑴指定分析类型。
Main Menu-*Solution-*Analysis Type~*New Analysis,选择Static.⑵施加载荷。
nJ■以施加的载荷有恒定的温度、热流率、对流、热流密度、生热率，Main Menu-*Solution-*Define Loadsf Apply—Thermal.（3）设置载荷步选项。
普通选项包括时间〔用于定义载荷步和子步）、每一载荷步的子步数，以及阶跃选项等，Main Menu-*Solution-*Load Step Opts—k Time/Frequenc->Time->Time Step.非线性选项包括:一迭代次数（默认25）, Main Menu-*Solution-*Load Step Opts-* Nonlinear-* Equilibrium Iter;翻开自动时间步长，Main Menu-*Solution-* Load Step Opts —Time/Frequenc—Time—Time Step 等.图36-11转换单元类型对话框设定单元轴对称选项拾取菜单Main Menu —Preprocessor—Element Type —Add/Edit/Delete 弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Options”按钮，弹出如图36-12所示的对话框，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric",单击“0K"按钮，然后单击"Element Types M对话框的“Close"按钮。
1、建立模型1.1创建关键点：1.1.1 Preprocesser/creat/modeling/keypoints/in active cs ，输入坐标（0,0）/apply。
在输入坐标。
在输入坐标（3,0）（6,0）（1.6，-1）（4.6,-1）。
1.1.2 Preprocesser/creat/modeling/lines/lines/straight line以此连接各点。
1.2设置单元类型Preprocesser/element type /add edit delete,设置单元类型为pipe/Elast straight 161.3定义实常数 Preprocesser/real constant /add edit delete,在选择add ，type1 pipe 16.如下输入数据内径0.08,壁厚0.01。
1.4定义材料属性。
Preprocesser/material props/material model，在选择structure/liner/elastic/isotonic定义ex=20000，prxy=0.32 网格划分2.1 智能网格划分，Preprocesser/meshing/meshtool，在弹窗smart size勾选，在选择2处。
3.求解3.1 定义约束：Solution /Define Loads /Apply /Structural/Displacement/on keypoint，选择左右两个端点。
在如下窗口中选择all dof。
3.2 定义荷载3．2.1 定义稳态，solution/analysis type/new analysis，再再弹窗中选择transient/ok,在弹窗中选择full。
3.2.2定义第一个载荷步3.2.2.1 加载集中力:Solution /Define Loads /Apply /Pressure/On Line,选择中间的点。
热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。
2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。
7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Ma terial Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：3、设定单元尺寸，并划分网格：“Main Menu>Preprocessor>Meshtool”，设定global size为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。
7.3.2.4施加荷载1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”，输入5，点击OK，选择管内壁节点；2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。
