基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析

第一章绪论1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。

经历了百余年的发展，内燃机领域己经取得了长足的进步。

在现今的社会中，几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。

回溯整个20世纪，内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步，其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。

随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中，以及愈来愈严格的排放法规的现在，发动机正想着高转速，高功率和低油耗的方向发展。

功率的提高必然带来一些负面的影响。

如加重了活塞的热负荷，使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道，大大降低了活塞磁疗的强度，严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。

缸内爆发压力增加是活塞和缸体，缸盖承受的接卸符合增大。

可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。

此外压力升高率过大时，会产生敲缸现象，增加发动机的燃烧噪声，当提高发动机的转速以增大发动机的功率时，各个运动部件的惯性力也随着增加，使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。

缸体对活塞的支撑力也增大。

于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。

尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失，但却同时造成发动机的NOx排放增加，在排放法规要求日益严格的今天，这一问题的得与失显得要慎重考虑。

不仅如此，还会造成摩擦损失的增加。

在满足发动机高功率设计的同时，必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。

发动机是一切动力装置的新章，而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重，活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。

为了减少发动机的整机重量和提高功率，中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料，为了减少活塞的传热和热负荷，人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。

有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。

由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。

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。

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。