基于ANSYS平台焊接模拟中不同焊接热源的比较

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。

第24卷 第1期 邢台职业技术学院学报 V ol.24No.1 2007年2月 Journal of Xingtai Polytechnic College Feb. 2007 ANSYS在焊接温度场数值模拟中的应用王新彦，高军芳，刘兵群（邢台职业技术学院机电系，河北邢台054035）摘要：目前数值模拟技术已广泛应用于各生产研究领域，ANSYS是一种被广泛应用的有限元数值模拟软件，本文阐述了ANSYS在焊接温度场数值模拟中的几个应用技巧，合理使用这些技巧可以缩短模拟过程的时间，提高模拟精度。

关键词：ANSYS；数值模拟；应用技巧中图分类号：TP15;TG40 文献标识码：A 文章编号：1008—6129（2007）01—0054—03目前，在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散元法和无限元法等，其中，发展最成熟，应用最广泛的是有限元法。

随着有限元技术的发展与应用，以及近年来由于计算机技术的突飞猛进，目前已经有了不少优秀的有限元计算分析软件，其中ANSYS, ABAQUS, ADINA, NASTRAN, MARC, SYSWBLD等可供焊接工作者选用。

不同软件处理问题的侧重点有所不同，在这些软件中，美国ANSYS公司的产品是一个涵盖最多工程领域的FEM软包。

该产品在结构分析、热分析、流体分析、电及电磁场分析方面都非常成功，目前已广泛应用于航天、汽车工业、生物医学、桥梁建筑、电子产品、重型机械等领域。

在实际的应用中，作者发现应用ANSYS软件时，任一环节的错误操作或遗漏都可能导致错误的结果，甚至退出计算。

要想保证软件能按照用户的思路运行。

除掌握了它的使用性能外，还需要一些技巧，本文阐述了几个重要的用ANSYS软件解决焊接温度场模拟问题的应用技巧，希望能对使用ANSYS研究焊接温度场的同行有所帮助。

一、ANSYS建模技术在焊接结构中，焊接接头处焊件的形状一般是长方体、圆柱体、空心圆柱体（管）等规则的形体，建模时采用自上而下的方法直接创建最高级的图元，当用户定义了一个体素时，程序会自动定义相关的面、线、和关键点。

《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不可或缺的加工工艺。

焊接过程中的温度场及应力分布情况，对于焊缝的形成、质量及产品的整体性能都具有至关重要的影响。

为了准确了解和控制焊接过程，并优化工艺参数，本文以ANSYS为平台，进行了基于焊接温度场和应力的数值模拟研究。

二、焊接数值模拟的研究背景与意义焊接是一个涉及高温、材料相变和热力耦合的复杂过程。

传统的焊接工艺控制主要依赖于经验和实践，然而，这往往难以精确地预测和控制焊接过程中的温度场和应力分布。

因此，通过数值模拟的方法来研究焊接过程，不仅可以提高焊接质量和效率，还可以为工艺优化提供理论依据。

三、ANSYS在焊接数值模拟中的应用ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，可以模拟各种复杂的物理现象。

在焊接数值模拟中，ANSYS可以用于分析焊接过程中的温度场、应力场、变形等。

通过建立合理的物理模型和数学模型，ANSYS可以准确地模拟出焊接过程中的温度变化和应力分布。

四、研究方法与模型建立1. 物理模型建立：根据实际焊接件的几何尺寸和材料属性，建立相应的物理模型。

2. 数学模型建立：根据传热学、热力学和力学原理，建立焊接过程中的温度场和应力场的数学模型。

3. 网格划分：对物理模型进行网格划分，以便进行后续的数值计算。

4. 边界条件和材料属性设定：根据实际焊接条件，设定边界条件和材料属性。

五、焊接温度场的数值模拟研究1. 温度场模拟结果：通过ANSYS软件进行数值计算，得到焊接过程中的温度场分布情况。

2. 温度场分析：对温度场分布进行分析，了解焊接过程中的温度变化规律和热影响区范围。

3. 工艺参数优化：根据温度场模拟结果，优化焊接工艺参数，以提高焊接质量和效率。

六、焊接应力的数值模拟研究1. 应力场模拟结果：通过ANSYS软件进行数值计算，得到焊接过程中的应力场分布情况。

2. 应力场分析：对应力场分布进行分析，了解焊接过程中的应力变化规律和残余应力的分布情况。

基于ANSYS的焊接过程模拟分析方法研究作者：安超来源：《数字技术与应用》2013年第02期摘要：本文探讨了利用ANSYS软件对焊接过程进行模拟的分析方法。

通过实例计算得到了焊接过程中的温度场、应力场分布，对焊接模拟过程进行了验证。

关键词：ANSYS 焊接温度场应力场中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0064-02随着现代计算机技术的广泛应用，焊接生产信息化已成为大势所趋。

利用计算机技术对焊接过程进行模拟，可以深入研究焊接过程的本质规律，使焊接技术更加科学化。

通过计算机技术模拟复杂的焊接过程，可以有效防止焊接缺陷的发生，对提高焊接质量有重大意义。

ANSYS是全球最通用的大型有限元分析软件之一，在CAE仿真分析中发挥着重要作用。

其界面友好、功能强大，可以有效模拟焊接的非线性过程。

因此，ANSYS软件在焊接过程模拟分析中得到了广泛的应用。

1 ANSYS分析方法焊接温度场问题，可以看作是在一定初始条件和边界条件下，工件内部的热传导问题。

对于一个实体，当不同部位的温度存在差异时，热量就会发生流动从而形成热导。

热传导过程符合傅里叶热导方程：（1）式中、、分别为x、y、z三个方向上的热导系数，是单位体积热生成率。

求解过程必须考虑边界和初始条件，温度场边界条件分三种类型：（1）第一类边界条件：物体在某些边界上的温度函数为已知，即：（2）式中是边界温度，它可以随位置和时间变化。

（2）第二类边界条件：物体某些边界上的热流密度为已知。

（3）式中为边界外法线方向，为边界上的热流密度，物体向外流为正。

（3）第三类边界条件：物体在某些边界上的对流条件为已知。

（4）式中是对流系数，是流体参照温度。

2 关键问题的处理2.1 高斯移动热源焊接热源具有局部集中、瞬时、快速移动的特点，很容易形成不均匀的温度场。

这种不均匀的温度场，是形成焊接残余应力和变形最根本的原因。

因此，建立焊接热源模型对焊接温度场的模拟尤为重要。

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。