焊接过程模拟与焊接变形焊接Ansys应力有限元分析

焊接变形和残余应力的影响摘要：影响焊接质量的因素有很多，且影响机制非常复杂。

在实际生产过程中，当材料、焊接工艺确定的情况下，焊接质量主要取决于焊接工艺参数的选择。

而各个工艺参数之间的合理配置对提高焊接工作效率具有重要作用。

国内外的研究和应用表明，只要焊接工艺参数合理，保证焊接接头可以具有良好的性能。

基于此，本文主要对不同点固焊接形式对焊接变形和残余应力的影响进行了简要的分析，以供参考。

关键词：点固焊接形式；焊接变形；残余应力；影响引言焊接质量的好坏直接影响到加工余量、装配精度、产品性能和使用寿命。

如何提高焊接质量，有效控制焊接变形和残余应力，已成为当前工程应用中亟待解块的难题。

1有限元模型焊接过程模拟关键是建立精确的有限元模型，包括合理的网格模型、材料的热物理及力学特性参数、热力边界条件。

利用HyperMesh强大的网格化分功能对模型进行单元网格划分，为保证模型的计算精度与计算效率，采用网格过渡形式进行划分，焊缝和热影响区附近网格比较细密，控制在2mm，远离焊缝的母材区域网格较为稀疏，控制在6mm。

为避免出现剪切自锁和少漏现象，在厚度方向上母材区域网格确保为2～3层。

单元类型选择八节点六面体实体单元，模型共划分为16552个20节点单元，76783个节点。

模拟采用的材料为较为普遍使用的Q345低合金高强度结构钢，本文选择Goldark双椭球体热源物理模型模拟MAG焊接热源，采用温度均匀热源加载方式，作为焊接热源边界条件。

由于实际焊接过程中工件表面与周围环境之间存在温度差异，通过对流和辐射2种力式进行热交换，周围环境温度设为20℃，工件表而换热系数，采用位移约束定义模型的力学边界条件。

2不同点固焊接形式对焊接变形和残余应力的影响2.1纵向残余应力纵向残余应力沿横向的分布。

两种约束条件下纵向应力的横向分布趋势相同，在0-20mm范围内，始终表现为较大的纵向拉应力状态，且随着距焊趾距离的增加，纵向拉应力均呈先增大后减小趋势。

焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程1 前言焊接作为现代制造业必不可少的工艺，在材料加工领域一直占有重要地位。

焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等各学科的复杂过程，其涉及到的传热过程、金属的融化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等是企业制造部门和设计人员关心的重点问题。

焊接过程中产生的焊接应力和变形，不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。

这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。

由于高能量的集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形，影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。

因此对于焊接温度场合应力场的定量分析、预测有重要意义。

传统的焊接温度场和应力测试依赖于设计人员的经验或基于统计基础的半经验公式，但此类方法带有明显的局限性，对于新工艺无法做到前瞻性的预测，从而导致实验成本急剧增加，因此针对焊接采用数值模拟的方式体现出了巨大优势。

ANSYS作为世界知名的通用结构分析软件，提供了完整的分析功能，完备的材料本构关系，为焊接仿真提供了技术保障。

文中以ANSYS为平台，阐述了焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程，为企业设计人员提供了一定的参考。

2 焊接数值模拟理论基础焊接问题中的温度场和应力变形等最终可以归结为求解微分方程组，对于该类方程求解的方式通常为两大类：解析法和数值法。

由于只有在做了大量简化假设，并且问题较为简单的情况下，才可能用解析法得到方程解，因此对于焊接问题的模拟通常采用数值方法。

在焊接分析中，常用的数值方法包括：差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡洛法。

差分法：差分法通过把微分方程转换为差分方程来进行求解。

对于规则的几何特性和均匀的材料特性问题，编程简单，收敛性好。

但该方法往往仅局限于规则的差分网格（正方形、矩形、三角形等），同时差分法只考虑节点的作用，而不考虑节点间单元的贡献，常常用来进行焊接热传导、氢扩散等问题的研究。

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制摘要：焊接技术是钢结构行业中应用非常广泛的一种技术，有独特优点的同时也存在着缺陷，焊接残余应力和焊接变形就是两种常见的问题。

在焊接过程中，随着焊件的变形，应力也会发生变化，并且焊接完成之后留下的变形并不是暂时的，而是残余的。

如果要对其进行矫正则需要耗费大量的人力和物力资源，优势还可能出现产品报废的情况。

本文从焊接参与应力及焊接变形的形成原因出发，阐述了两者造成的影响，并提出了相关的控制方法，希望能够给有关工作人员提供参考价值。

关键词：钢结构；焊接残余应力；焊接变形；控制方法随着我国改革开放进程的加快、经济的不断发展以及钢材产量的增加，我国钢结构建筑事业也得到了良好的发展时机。

钢结构建筑质量轻，强度高，力学性能和抗震性能比较优越，所以发展势头也非常快，应用范围也在不断扩大。

从目前情况来看，钢结构建筑的发展正处于一个最好的时期，但是和国外的一些发达国家相比，我国钢结构建筑的发展在许多方面还有一定差距，尤其是在施工过程中，先焊接残余应力和焊接变形等技术问题常常发生，处理这些问题对施工质量和施工进度有着很大的好处。

一、焊接残余应力和焊接变形的形成及种类焊件分为两种区域，在焊缝及其附近的区域成为高温区，焊缝两侧和边缘区域成为低温区，假设两种区域温度一致并且是分离的两个部分，在焊接加热过程中，高温区能够自由生长。

但是实际上，焊件是一个整体，高温区的伸长受低温区的影响，并受到压缩产生了应力，在压应力达到一定数值之后就会产生变形，同时低温区也会英文高温区的拉伸租用产生拉应力，导致焊件整体变长。

焊接冷却之后，如果高温区和低温区是分离的，那么其加热时产生的变形便能只有收缩，但是实际上焊件两边的低温区会对高温区的收缩有阻碍作用，与此同时高温区对低温区还有压缩作用，所以焊件的整体将会缩短。

如果按照焊件变形对焊件整体结构的影响程度进行分类，可以分为局部变形和整体变形两大类。

局部変形对焊件结构的使用性能影响比较小，并且很容易矫正；整体变形是引导整个焊件在形状、尺寸等方面发生变化的焊接残余变形。

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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。

影响焊接应力和焊接变形的因素及控制措施摘要：本文主要探讨了电站管道焊接过程中常见的焊接变形和焊接应力产生的主要因素，以及焊接变形和焊接应力的控制措施，希望对以后的焊接工作有一些帮助。

关键词：焊接变形，焊接应力，热循环，焊接工艺，控制目前火力发电朝着大容量机组发展，来满足日益增长的用电需求和达到节能减排的重要目标。

而在火电建设事业中，焊接技术成了一个关键的课题。

在施工过程中，由于焊接产生的焊接变形和残余应力，严重影响着工程的质量、安装进度和使用性能。

增大了电厂运行的安全隐患。

因而，急需分析其产生的原因，并积极采用合理的方法予以控制。

焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热循环过程，由于不均匀的温度场，导致焊件不均匀的膨胀和收缩，从而使焊件内部产生焊接应力并引起焊接变形。

焊接应力与变形对接头的性能有着较大影响，使得焊件强度、韧性下降。

因此将对焊接变形产生原因及其影响因素进行分析，针对不同的焊接施工过程特点，采取不同的措施进行处理，以达到降低或消除焊接变形的目的。

1、影响焊接变形的因素及控制措施1.1焊缝截面积的影响焊缝截面积越大，冷却时收缩引起的塑性变形量越大，焊缝面积对纵向，横向的影响趋势是一致的，而且是主要的影响。

因此，在壁厚相同时，坡口尺寸越大，收缩变形越大。

1.2焊接热输入的影响一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性变形区增大。

1.3焊接方法和焊接工艺参数的影响不同焊接方法引起的收缩量也不同。

当焊件的厚度相同时，单层焊的纵向收缩比多层焊收缩大，这是因为多层焊时，先焊焊道冷却后阻止了后焊焊道的收缩。

焊接工艺参数的影响主要为线能量。

一般规律是，随着线能量的增加，压缩塑性变形区扩大，因而收缩量增大。

1.4接头形式的影响在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方法等因素条件相同时，不同的接头形式对纵向、横向变形量有不同的影响。

在电站管道焊接中，接头形式一般是对接接头并且是单面焊双面成型。

焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分析焊接是金属结构连接中常用的一种方法，但焊接过程中产生的热量和应力往往会导致焊缝的变形，从而影响焊接质量。

因此，在焊接过程中进行焊接变形的数值模拟分析是非常重要的。

本文将使用数值模拟方法对焊接质量控制中焊缝焊接变形进行分析。

一、数值模拟方法的选择数值模拟方法是通过计算机对焊接过程进行仿真，可以提供焊接过程中的温度场分布和应力场分布，进而预测焊缝的变形情况。

在本文中，我们选择有限元方法进行数值模拟。

有限元方法是一种广泛应用的数值计算方法，通过将焊接过程划分为离散的有限元素，对每个元素进行计算得到温度场和应力场的分布。

二、建立焊接模型在进行数值模拟之前，需要建立一个逼真的焊接模型。

首先，根据具体的焊接工艺和焊接材料选择适当的焊接参数和材料参数。

其次，根据焊接结构的几何形状和尺寸，建立三维几何模型。

最后，根据焊接方式和边界条件，定义模型的边界和约束条件。

三、计算焊接过程中的温度场分布通过有限元分析软件，我们可以计算出焊接过程中的温度场分布。

在数值模拟中，可以根据焊接材料的热传导性质和焊接参数来计算瞬态温度场。

瞬态温度场计算完成后，可以得到焊接过程中的最高温度和温度分布情况。

四、计算焊接过程中的应力场分布在焊接过程中，热量的集中和膨胀冷却会导致焊接结构产生应力。

通过计算焊接过程中的瞬态应力场分布，可以得到焊接结构在焊接过程中的最大应力和应力分布情况。

在数值模拟中，可以考虑焊接结构的塑性行为和材料的非线性特性，从而得到准确的应力场分布。

五、预测焊缝的变形情况根据焊接过程中的温度场和应力场分布，可以预测焊缝的变形情况。

焊缝的变形通常表现为拉伸、收缩、扭曲等形式。

通过数值模拟，可以计算出焊缝的变形量和变形分布情况。

根据变形情况，可以判断焊接质量是否符合要求，并根据需要进行调整和改进。

六、优化焊接参数和结构设计通过数值模拟分析，我们可以得到焊接过程中的温度场、应力场和焊缝变形情况。

ANSYS 各应力意思在 ANSYS 中，应力是分析过程中重要的概念之一，不同的应力类型有不同的含义和作用。

本文将介绍 ANSYS 中常见的几种应力类型及其含义。

下面是本店铺为大家精心编写的3篇《ANSYS 各应力意思》，供大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

《ANSYS 各应力意思》篇1在 ANSYS 中，应力是物体内部或外部作用力对物体产生的影响。

应力可以分为以下几种类型：1. 位移应力位移应力是指由于物体位置的变化而引起的应力。

在 ANSYS 中，位移应力通常是由于模型发生了非线性行为，导致节点或元素的位移发生了变化，从而引起的应力。

2. 应变应力应变应力是指由于物体的变形而引起的应力。

在 ANSYS 中，应变应力通常是由于模型受到了外力或内部力引起的变形，从而引起的应力。

3. 温度应力温度应力是指由于温度变化而引起的应力。

在 ANSYS 中，温度应力通常是由于模型受到了温度变化，导致材料发生热膨胀或收缩，从而引起的应力。

4. 体应力体应力是指由于物体内部或外部作用力引起的应力。

在 ANSYS 中，体应力通常是由于模型受到了外力或内部力，导致整个物体发生了应力变化，从而引起的应力。

5. 面应力面应力是指由于物体内部或外部作用力引起的应力，但仅作用于物体表面。

在 ANSYS 中，面应力通常是由于模型受到了外部压力或张力，导致物体表面发生了应力变化，从而引起的应力。

在 ANSYS 中，每种应力类型都有其独特的含义和作用，分析人员需要根据具体的分析情况选择合适的应力类型，以准确地分析物体的应力情况。

《ANSYS 各应力意思》篇2ANSYS 是一种广泛使用的有限元分析 (FEA) 软件，用于模拟和分析结构力学、热力学、流体力学、电磁学等多个领域的问题。

在ANSYS 中，各应力是指结构中不同位置的应力分布情况。

应力是描述材料内部受力状况的物理量，通常表示为单位面积上的力。

具体来说，各应力在 ANSYS 中包括以下几种：1. 轴向应力：在某一方向上，由于受力导致材料产生拉伸或压缩形变而产生的应力。

焊接温度场和应力场的有限元分析张华波;刘志义【摘要】本文通过ANSYS有限元分析软件平台,实现了高斯移动热源载荷下平板堆焊的焊接温度场和应力场的数值模拟分析,得到了焊接温度场和应力场的分布情况和变化规律.【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2016(019)009【总页数】4页(P27-30)【关键词】温度场;应力场;ANSYS;有限元模拟【作者】张华波;刘志义【作者单位】中南大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410083【正文语种】中文焊接是一个快速升温并随后快速冷却的过程，焊接物理现象包括焊接时的传热过程、金属的熔化和凝固、电磁、冷却时的相变、变形、焊接应力等。

焊接时，在焊件上将产生局部高温的不均匀温度场，焊缝中心处的温度可达1500℃以上，焊缝填料受热向外膨胀但受到周围母材的约束，从而在焊件内产生较大的温度应力，此应力会随着温度和时间发生不断的变化，某些部位的焊接应力甚至达到材料的屈服强度而发生塑性变形，在焊件冷却后残存于内部成为残余应力。

焊接所产生的残余应力和变形，可对焊接结构质量产生重大影响。

在实际结构中，多数开裂都是从焊缝处发起的［1］，因此对焊接温度场和应力场进行分析是十分必要的。

焊件尺寸及相关参数如下：焊件材质为低碳钢25#，焊丝为H08Mn2SiA，焊件几何尺寸为120 mm×120 mm×6mm，焊缝位于焊件的Y-Z平面中心线。

焊接电压25V，电流180 A，焊接速度10 mm/s，电弧有效半径r=6mm，焊接热效率η=0.75。

在ANSYS有限元分析中，经常会涉及到对称性的构件。

ANSYS给我们提供了对称和反对称两种对称分析类型。

如果分析对象呈对称的几何形状，且所受载荷也对称的话，根据其对称性，可以只考虑采用计算模型的一半进行分析，采用对称分析可以节省计算时间，提高工作效率。

对称面每增加一个，有限元模型就相应地减少近一半［2］。

81工程研究Engineering research■ 石秋红 张勤 邓开豪 苏玲娇 潘荣Q235钢CO 2焊的SYSWELD 焊接过程数值模拟及分析摘要：本文通过对Q235钢的CO 2焊焊接过程的sysweld 数值模拟得出了在一定焊接参数时，Q235钢平板对接焊的焊接温度场变化；焊接变形情况及焊接 应力情况。

此种方法可为焊接结构生产工程实践提供基础技术数据。

关键词：Q235钢；CO 2焊；焊接变形；数值模拟引言：焊接变形是焊接结构生产过程中不可避免的问题，且焊接变形对焊接结构的质量会产生极大的影响。

随着焊接结构在工业生产中的应用越来越广泛，焊接结构的变形问题日益突出。

[1]传统的控制焊接变形措施是通过实践经验积累和工艺试验等方法，制订较为合理的设计措施与工艺措施。

但焊接结构的多样性，凭积累工艺实验数据了解和控制焊接变形，既不切实际又成本昂贵同时费时费力。

Sysweld 焊接过程模拟可使焊接专业人员利用基础理论对焊接过程中的物理或化学现象的本质进行分析，进而通过模拟和计算得到定量的结果。

[2]Sysweld 有限元分析软件应用于焊接数值模拟，通过参数量的变化，与实验分析对比等手段相结合进行分析，结果用于指导生产实践，可为推广焊接工艺优化设计提供技术支持，具有工程实践意义。

1焊接模型建立Q235钢由于含碳量适中，强度、塑性和焊接等工艺性等综合性能较好，被大量应用于建筑及工程结构中。

Q235钢可以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、车辆、桥梁、容器、船舶、锅炉等。

而CO 2焊也由于该焊接方法的高效节能和低成本在工业生产中得到了大量的应用。

焊接对接接头型式结构简单，操作方便，受力性能好，被广泛应用在焊接结构中。

由此确定具有典型代表性的有限元模型如下：材料为Q235A；尺寸为200mm×100mm×6mm；焊接方法为CO 2焊。

焊接工艺条件：装配间隙为零，构件两边自由状态。

焊接工艺参数：焊丝：H08Mn2SiA；焊丝直径为Φ1mm。