KYN28A-12温度场部分(ANSOFT仿真)

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AnsysWorkbench雅阁ISG温度场仿真分析本文基于Ansys Workbench对雅阁ISG的温度场进行了仿真分析。

ISG是内燃机启动器和发电机的组合装置，也称为轴承式起动机（Starter Generator，简称SG），是目前汽车发动机的“绿色”起动技术之一。

首先，我们需要构建ISG的三维模型，并设置ISG工作时的工况条件，包括工作电流、转速等。

然后，我们将模型导入Ansys Workbench中，通过选择热传导法，建立ISG的温度场分析。

在分析过程中，我们可以将ISG的温度场分为静态和动态两种情况进行分析。

其中，静态分析主要用于分析ISG在静止状态下的温度分布情况，而动态分析则可以直观地反映ISG在工作状态下的温度场分布情况。

通过静态分析，我们可以发现ISG在不同位置的温度分布存在一定的差异。

其中，发电机部分温度分布状态相对均匀，而起动机部分温度分布则表现出较强的集中性，这主要是由于起动机部分工作时电磁场的分布差异所导致的。

而通过动态分析，我们可以得知ISG在不同工作状态下的温度分布情况也会有所不同。

例如，在高负载状态下，ISG的温度分布相对均匀而稳定，在低负载状态下则出现温度分布的不均匀性。

最后，我们可以对ISG的改进进行模拟分析，以寻找最优的改进方案。

例如，可以通过对ISG内部的散热结构进行优化设计，以提高ISG的散热效率并减少温度的集中分布。

综上所述，通过Ansys Workbench的仿真分析，我们可以深入研究ISG的温度场分布情况，并寻找最优的改进方案，以提高ISG的效率和稳定性。

此外，在ISG使用过程中，温度对于ISG的运行状态有着重要的影响。

温度过高会导致ISG内部元件的热膨胀而失去原本的机械性能，从而导致ISG的故障或损坏，进一步影响到整个发动机的运行状态。

因此，在ISG的设计过程中，需要考虑机械结构和散热系统的优化，以确保其能够承受各种环境下的温度影响而稳定运行。

ANSYS温度场分析步骤
基于ANSYS12.0的钢板加热过程分析
一．问题描述
2000mm*2000mm*100mm的钢板，初始温度为20℃，放入温度为1120℃的加热炉内加热,已知其换热系数125W/㎡*K，钢板的比热为460J/kg*℃，密度为7850kg/m 3，导热系数为50W/m*K，计算钢板1800s后的温度场分布。

二．问题分析
此问题属于热瞬态分析（载荷随时间变化），选用SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。

SOLID70——三维热实体，具有8各节点，每个节点一个温度自由度。

该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。

三．操作步骤
1.定义分析文件名
Utility Menu>File>Change Jobname，输入Example。

2.定义单元类型
Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。

3.定义材料属性
①传导系数
②材料密度
③材料比热
4.建立几何模型
5.设置单元密度
6.划分单元
7.施加对流换热载荷
8.施加初始温度
9.设置求解选项
10.温度偏移量设置
11.输出控制
12.存盘
13.求解
14.显示温度场分布云图
四．总结
本例介绍了应用ANSYS对钢板加热过程进行瞬态热分析的基本步骤，应用此方法可对各种零件加热过程的温度场分布进行分析。

期末大作业题目：简单直流致动器ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙学科（专业）：机械工程学号：21225169所在院系：机械工程学系提交日期2013 年 1 月1、 背景简述：ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。

而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。

本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。

现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。

2、 问题描述：简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。

衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。

模型为轴对称。

3、 ANSYS 仿真操作步骤：第一步：Main menu>preferences第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete第三步：设置单元行为模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项）第四步：定义材料Preprocessor>Material Props>•定义空气为1号材料(MURX = 1)•定义衔铁为2号材料(MURX = 1000)•定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)第五步：建立衔铁面、线圈面、空气面Preprocessor>Modeling>Greate>Area>Rectangle>By Dimensions 建立衔铁面建立线圈面建立空气面最终结果第六步：用Overlap迫使全部平面连接在一起Preprocessor> Modeling>Booleans>Operate> Overlap>Areas 按Pick All第七步:平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor>Meshing> Meshing Attributes>Picked Areas用鼠标点取衔铁平面Preprocessor>Meshing> Meshing Attributes>Picked Areas选取线圈平面第八步：加磁通量平行边界条件Preprocessor>Solution>Define loads>apply>magnetic>boundary>Vector Poten>Flux par’1>On lines选取如下边界线段第九步：智能尺寸选项来控制网格大小Preprocessor>-Meshing>Size Cntrls>smartsize>basic第十步：网格生成Preprocessor >Meshing>Mesh>Areas>Free>Pick All结果如下：第十步：衔铁定义为一个单元组件（1）选择衔铁平面Utility>select>entities（2）选择与已选平面相对应的单元（3）图示衔铁单元Utility>plot>elements第十一步：使单元与衔铁组件联系起来Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component第十二步：加力边界条件标志Preprocessor>Solution>Define loads>apply>magnetic>Magnetic>Flag>Comp Force第十三步：给线圈平面施加电流密度（1）选择线圈平面Utility>Select>Entity（2）得到线圈截面积.Preprocessor>Modeling>Booleans>Operate Operate>Calc Geometric Items>Of Areas选择OK（3）将线圈面积赋予参数CAREAUtility>Parameter>Get Scalar Data第十四步：把电流密度加到平面上Preprocessor> Solution>Define loads>Apply>Excitation>Curr Density>On Areas第十五步：solve进行计算Preprocessor> Solution >solve>electromagnet>Static Analysis>Opt & Solve第十六步：后处理（1）生成磁力线圈General Postproc>plot results>Contour Plot>2D flux lines（2）计算电磁力General Postproc>Elec&Mag Calc>Component Based>Force(3)显示总磁通密度值(BSUM)General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solution最后结果如下：此时，完成了用ANSYS仿真分析简单直流致动器的全部过程，之后将附上用ansoft 仿真同一简单直流致动器的结果并做简单比较。

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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。

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。

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。

本人签名：年月日毕业设计任务书设计题目：T12钢热处理过程温度场的数值模拟系部：机械工程系专业：材料成型及控制工程学号：1120182 14 学生：指导教师（含职称）：（副教授）1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，运用所学过的金属学及热处理等专业知识，了解T12钢的概况、钢的热处理原理和热处理工艺；熟悉T12钢的热处理工艺方法；熟悉ANSYS 软件；掌握ANSYS软件计算热处理过程温度场的方法，为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。

2．主要任务（1）制定T12钢热处理工艺。

（2）模拟计算热处理加热过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。

（3）模拟计算热处理冷却过程某些时刻温度场的分布及某些特定位置温度随时间的变化关系。

（4）分析热处理过程温度场分布对T12钢组织和力学性能的影响。

（5）撰写毕业论文。

结构完整，层次分明，语言顺畅；避免错别字和错误标点符号；格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。

3．主要参考资料[1] 刘旭麟，高路斯，刘顺华，等.T8钢淬火热处理组织的计算机模拟研究[J]. 热加工工艺，2006，35（6）：44-46.[2] 张建峰，王翠玲，吴玉萍，等. ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[J].冶金能源，2004，（05）：9-13.[3] 朱圆圆，祁文军，易挺，等. 钢件淬火过程温度场的数值模拟[J]. 新技术新工艺，2008，（11）：97-99.[4] 崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京，机械工业出版社，2007：230-3084．进度安排审核人：2015 年1 月16 日T12钢热处理过程温度场的数值模拟摘要：本文采用ANSYS有限元软件，建立了T12钢有限元模型，对T12钢热处理过程的二维轴对称温度场进行了分析计算，得到了T12钢热处理过程不同时刻的温度场分布和钢件上所选特定点温度分布。