ANSYS在激光电弧复合焊接数值模拟中的应用
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
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。
焊接模拟ansys实例
焊接模拟ansys实例!下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进!行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。
finish/clear/filnam,1-2D element birth and death/title,Weld Analysis by "Element Birth and Death"/prep7/unit,si !采用国际单位制!******************************************************et,1,13,4 !13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度et,2,13,4!1号材料是钢!2号材料是铝!3号材料是铜!铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来!下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量mptemp,1,20,500,1000,1500,2000mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11!假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系!下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量tb,bkin,1,5tbtemp,20,1tbdata,1,1200e6,0.193e11tbtemp,500,2tbdata,1, 933e6,0.150e11tbtemp,1000,3tbdata,1, 435e6,0.070e11tbtemp,1500,4tbdata,1, 70e6,0.010e11tbtemp,2000,5tbdata,1, 7e6,0.001e11!tb,bkin,2,5tbtemp,20,1tbdata,1,800e6,0.102e11tbtemp,500,2tbdata,1,400e6,0.050e11tbtemp,1000,3tbdata,1, 70e6,0.008e11tbdata,1, 1e6,0.0001e11tbtemp,2000,5tbdata,1,0.1e6,0.00001e11!tb,bkin,3,5tbtemp,20,1tbdata,1,900e6,0.117e11tbtemp,500,2tbdata,1,700e6,0.090e11tbtemp,1000,3tbdata,1,230e6,0.030e11tbtemp,1500,4tbdata,1, 40e6,0.005e11tbtemp,2000,5tbdata,1, 4e6,0.0005e11!!材料密度(假设为常值)mp,dens,1,8030mp,dens,2,4850mp,dens,3,8900! 热膨胀系数(假设为常值)mp,alpx,1,1.78e-5mp,alpx,2,9.36e-6mp,alpx,3,1.66e-5!泊松比(假设为常值)mp,nuxy,1,0.29mp,nuxy,2,0.30mp,nuxy,3,0.30!热传导系数(假设为常值)mp,kxx,1,16.3mp,kxx,2,7.44mp,kxx,3,393!比热(假设为常值)mp,c,1,502mp,c,2,544mp,c,3,385!热膨胀系数(假设为常值)!由于该13号单元还有磁自由度, 此处假设一磁特性, 但并不影响我们所关心的结果mp,murx,1,1mp,murx,2,1mp,murx,3,1!假设焊料(铝)焊上去后的初始温度是1500℃mp,reft,2,1500mp,reft,3,20!****************************************************** !下面建立几何模型csys,0k,1,0,0,0k,2,0.5,0,0k,3,1,0,0 !长1米k,4,0,0.3,0 !厚度0.3米（二维中叫做宽度）k,5,0.35,0.3,0k,6,0.65,0.3,0k,7,1,0.3,0a,1,2,5,4a,2,6,5a,2,3,7,6划分网格esize,0.025type,2mat,2amesh,2!esize,0.05 !网格划分出现问题type,1mat,1amesh,1!mat,3amesh,3eplot!/soluantype,4 ! 瞬态分析trnopt,full在模型的左边界加位移约束nsel,all*get,minx,node,,mnloc,xnsel,s,loc,x,minxd,all,ux,0*get,miny,node,,mnloc,ynsel,r,loc,y,minyd,all,uy,0!*****假设模型的左右边界处温度始终保持在20摄氏度左右*****!其他边界条件如对流和辐射等均可施加，此处因为只是示意而已，故只施加恒温边界条件nsel,all*get,minx,node,,mnloc,xnsel,s,loc,x,minxd,all,temp,20nsel,all*get,maxx,node,,mxloc,xnsel,s,loc,x,maxxd,all,temp,20由于第2个面是焊接所在区域，因此首先将该区域的单元“杀死”nna=2esel,all*get,emax,elem,,num,maxasel,s,area,,nnaesla*get,nse,elem,,count*dim,ne,,nse*dim,nex,,nse*dim,ney,,nse*dim,neorder,,nsemine=0!**********************************************!下面的do循环用于将焊料区的单元按其形心y坐标排序!以便后面模拟焊料由下向上逐步“生长”过程*do,i1,1,nseesel,u,elem,,mine*get,nse1,elem,,countii=0*do,i,1,emax*if,esel(i),eq,1,thenii=ii+1ne(ii)=i*endif*enddo*do,i,1,nse1*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y*get,nex(i),elem,ne(i),cent,x*enddominy=1e20minx=1e20*do,i,1,nse1*if,ney(i),lt,miny,thenminy=ney(i)minx=nex(i)mine=ne(i)*else*if,ney(i),eq,miny,then*if,nex(i),lt,minx,thenminy=ney(i)minx=nex(i)mine=ne(i)*endif*endif*endif*enddoneorder(i1)=mine*enddo!************************************************************** max_tem=1500 !按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃dt1=1e-3 !用于建立初始条件的一个很小的时间段dt=5 !焊接一个单元所需的时间t=0 !起始时间esel,alleplot/auto,1/replot*do,i,1,nseekill,neorder(i)esel,s,liveeplot*enddoallsel,alloutres,all,allic,all,temp,20kbc,1timint,0,structtimint,1,thermtimint,0,magtintp,0.005,,,1,0.5,0.2!nsub1=2nsub2=40!**************************************************do,i,1,nseealive,neorder(i)esel,s,liveeplotesel,all!******下面的求解用于建立温度的初始条件******t=t+dt1time,tnsubst,1*do,j,1,4d,nelem(neorder(i),j),temp,max_tem*enddosolve!****下面的求解用于保证初始的升温速度为零****t=t+dt1time,tsolve!*********下面的步骤用于求解温度分布***********do,j,1,4ddele,nelem(neorder(i),j),temp*enddot=t+dt-2*dt1time,tnsubst,nsub1solve*enddot=t+50000 !*********下面的步骤用于冷却过程求解***** time,tnsubst,nsub2solvesavefinish后处理过程/post1!**************下面的一系列命令用于生成应力的动画文件******* /seg,dele/cont,1,15,0,1200e6/16,1200e6/dscale,1,1.0avprin,0,0avres,1/seg,multi,stress1,0.1esel,all*do,i,1,nseesel,u,elem,,neorder(i)*enddo*do,i,1,nseesel,a,elem,,neorder(i)set,(i-1)*3+1,1plnsol,s,eqv*do,j,1,nsub1set,(i-1)*3+3,jplnsol,s,eqv*enddo*enddo*do,i,1,nsub2set,(nse-1)*3+4,iplnsol,s,eqv*enddo/seg,off,stress1,0.1/anfile,save,stress1,avi!**********下面的一系列命令用于生成温度的动画文件************ /seg,dele/cont,1,15,0,1500/16,1500/dscale,1,1.0avprin,0,0avres,1/seg,multi,temp1,0.1esel,all*do,i,1,nseesel,u,elem,,neorder(i)*enddo*do,i,1,nseesel,a,elem,,neorder(i)set,(i-1)*3+1,1plnsol,temp*do,j,1,nsub1set,(i-1)*3+3,jplnsol,temp*enddo*enddo*do,i,1,nsub2set,(nse-1)*3+4,iplnsol,temp*enddo/seg,off,temp1,0.1/anfile,save,temp1,avifinish。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《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。
ANSYS在焊接温度场数值模拟中的应用
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。
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《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。
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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。
ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应用
【２ 中国航空材料手册》编辑委 员会． ｌ】《 中国航空材料手册 （ 卷： 第３ 铝
合 金 镁 合 金 ） ． 京 ：中 国 标准 出版 社 。２０ ． ４ ９ ． 【 北 Ｍ】 ０ ２ ８ — ２
【０ ａ ｈＭｏ ｎｒ ｕ ｔｒ ｅｂｈ Ｂ ｏａ ｔ ｅｔ ｏ ｓ ｎ ｅ ｆ ｅｃ ２］Ｒ ｌ ｂ ｅ。Ｇ ｎｅ ｒｔ． ｕｙ ｌｆ ｗ ｄ ｒｎ ｕｎ ｅｏ ｐ Ｇ ｎ ｍ ｌ ｕ ｉｌ ｆ ｓ ａｙａ ｄｒｔｔ ｇｍ ｇ ｅｉ ｆ ｌｓ ］ ｒｓ． ｒｗｈ ９ ９ １７） ｔ ｄ ｎ ｏ ｉ ａｎｔ ｅ ［．Ｃ ｙｔ Ｇ ｔ ，１９ ，（９ ： ｅ ａｎ ｃｉｄ Ｊ ｏ
析 解 ．而 实 际 的 焊 接 问题 多种 多 样 ，边 界 条 件十 分 复 杂 。用解
析方 法 来 求 解 这 类 微 分方 程 是 十 分 困 难 的 。 在高 速 电子 计 算 机 发展 的今 天 ．大 多 采 用 数 值模 拟 的 方 法［ ３ ｔ 。 数 值 模 拟 的 方 法有 很 多种 。如 差 分 法 、有 限元 法 、数 值 积 分 法 、蒙 特 卡 罗 法 等 。特 别 是 有 限 元 法 。现 已广 泛 应 用 于 焊 接 热 传 导 、焊接 热 弹 塑 性 应 力 和 应 变 分析 的研 究 。
缝 中气 孔 的抑 制 ． 空 工 艺 技 术 ，１９ 。４ （ ） ６ ２ ． 航 ９ ９ ２ ３ ：２ － ８ －
ｎ ｔ ａｙｄｉｅ ｏ ｎｓｂｍｏ ｔｒ ｇｏ ｔ ｌ ｉｅ ｄｓ ｂ ［ ． ｅｉｌ ｒ ｎｆ ｗ ｉ ｕ－ ｌ ｓｉｉ ｓｅ ｌ ｔ ａ ｌ ｓ １ ｅｌ ｖ ｌ ｄ ｒｎ ｆ ｅ ｂ ｌ ｓｎ ａ Ｊ
激光焊接ansys小例子
nsel,s,loc,x,x_center-0.002,x_center+0.002
nsel,r,loc,y,y_center,y_center+0.002
nsel,r,loc,z,0
sf,all,hflux,%laser% !在选择的节点上面施加定义好的热流密度函数
allsel,all
nsel,r,loc,z,-0.01,0
ine,all,3 !对激光光斑作用的区域进行网格细化
save
x_center=x0+rb !设置光斑的初始位置
y_center=y0
然后通过gui方式调用函数编辑器定义要加载的热流密度函数,函数的形式为
QC*exp(-2*(({X}-x_center)^2+({Y}-y_center)^2)/(rb^2)),保存后退出,利用函数加载器
nsubst,5
solve
*enddo
不好选择,所以采用圆形区域的外接正方形区域来近似.
再输入第二部分命令流
/sol
antype,4,new !定义分析类型
trnopt,full
toffst,0 !设置采用的温度单位为K
tunif,300 !设置初始温度为300K
!---------------------------
*set,tim,0
QC=Q/(PI* rb*rb)
et,1,solid70 ! 定义单元类型
mp,dens,1,7833 !定义密度
mp,c,1,465 !定义比热
mp,kxx,1,54 !定义热传导系数
block,0,0.052,0,0.025,-0.025,0 !建长方体模型
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（2）离焦量的影响 试验中发现正离焦焊接效果不佳，只取负离焦来比较其 对焊接熔宽与熔深的影响。由图5、6可以看到，激光焦点位 置变化对复合焊焊缝的熔宽影响不大，而熔深随离焦量的变 化较大，试验表明复合焊时离焦量取-1mm时，焊接熔宽最 小、熔深最大，焊缝形状美观，效果最好。
6 结语
本文通过对高强钢CO2激光-MIG电弧复合焊接工艺研 （下转到121页）
2 ANSYS数值模拟
ANSYS热分析分为稳态热分析和瞬态热分析两种。激光 电弧复合焊接是一个局部快速加热到高温随后冷却的过程， 随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化， 材料的热物理性能也随温度剧烈变化。因此，焊接温度场分 析属于高度的非线性瞬态分析过程。
ANSYS数值模拟主要包括三个部分：前处理模块、分析 计算模块和后处理模块。
图1 单元网格划分图 间、位置变化的，这种变化用函数表达式表示，不同的焊接 方法有不同的热源模型。
2）求解。在建立有限元模型并完成边界条件和载荷条件 的施加以后，保存数据库文件，就可以求解了。
（3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度 显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半 透明显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲 线形式显示或输出。
1 引言
激光电弧复合焊接是一种新兴的焊接技术，是一个涉及 许多学科的复杂的物理-化学过程，焊接过程温度场和应力场 以及变形的分析非常重要，它能帮助我们改善焊接工艺，提 高焊接质量。传统的焊接温度场和应力预测依赖于试验和统 计基础上的经验曲线或经验公式，以“理论—试验—生产” 的模式来研究，但仅从试验角度研究难度很大，不能全面预 测和分析焊接对整个结构的力学特性影响，并且大量的试验 增加成本，耗费人力物力。而数值模拟将发挥其独特的能力 和优势，可以使这一问题得到更好的解决。
随着计算机技术和有限元技术的飞速发展，为数值模拟 技术提供了有力的工具，很多焊接过程可以采用计算机数值 模拟。目前，在工程领域内应用最广泛的数值模拟方法是有 限元法，其中ANSYS、ADINA、MARC、SYSWBLD等有限元 计算分析软件都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。ANSYS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、生物医学、电子产品、重型机械等 领域。
软件开发与设计
格；对需要焊接的两个面在磨床上精加工，以达到试验要求 精度。用酒精擦拭试件表面，确保清洁无杂质，以备使用。
2）试验过程。通过调整离焦量、焊接速度、激光功率大 小、电弧电流大小、保护气体的配比等完成不同参数配合下的 焊接。焊接后将试件清洗干净，利用线切割选择具有代表性的 焊道进行切割取样；样件镶嵌后进行磨平、抛光和腐蚀，利用 激光扫瞄电子显微镜观察焊道断面宏观形貌及微观组织形态。
5 分析研究
（1）激光功率的影响 由图3、4看出，复合焊接的熔深和熔宽都随着激光功 率的增大而增大。激光功率较小时，激光带有热传导焊的特 征，熔深主要靠电弧影响，因此熔深较小，当激光功率增 大，激光焊接是深熔焊，并且随着激光功率的增大，激光穿 透电弧等离子体的能力增强，稳弧能力增强，因此能得到更 加大的熔深和熔宽。
end; 在“结束”按钮中添加如下代码： Stop();//调用语音通信函数，停止通话 第四步，对程序进行编译。把“语音组件接口”这一动
态链接库置于应用程序所在目录中，用于程序的调用。 第五步，对程序进行测试。在机器上就可以完成测试工
作，而所需的硬件设备仅一个耳麦即可。在程序的输入框中 输入本机的IP地址，点击“开始”按钮，就可以从计算机中听 到自己说话的声音了，而且效果很好。
3 温度场模拟结果
采用激光入射功率P=2000W，电弧电压为U=22V， 电流为I=160A，激光与电弧夹角40°，激光与电弧距离 D LA=3mm。从开始到接近焊接结束时，瞬态有限元分析的激 光焊接温度场基本处于准稳态状态，熔池与热影响区的形状 及尺寸大小同试验结果吻合。不同时刻焊件的温度分布如图2 所示。
[5] 张朝晖．ANSYS8.0热分析教程．北京：中国铁道出版社. [6] 余淑荣，等．ANSYS在激光焊接温度场数值模拟中的应
用．焊接技术，2006年第5期6~9.
图6 离焦量对熔宽的影响 究，对不同工艺参数下温度场的数值模拟，利用ANSYS软件 对复合焊接温度场进行了三维动态有限元分析。通过不同的
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参数选择分别进行数值模拟与工艺试验，结果一致，并得出 了高强钢复合焊接的最优工艺参数。本次数值模拟结果将会 为以后复合焊接中焊缝形貌和尺寸的预测提供了方便可靠的 途径。
图5 离焦量大小对熔深的影响
参考文献
[1] 吴圣川，刘建华．铝合金激光电弧复合焊的有限元数值模 拟．航空制造技，2005年12期74~76.
建好几何模型后，下一步开始划分网格。网格的划分 方法有自由网格划分和映射网格划分。对于自由网格划分， 没有单元形状的限制，网格也不遵循任何的模式，适合于复 杂形状的体网格划分;映射网格的划分则主要适合于规则的 体，单元成行并有明显的规则形状，仅适用于六面体。焊接 过程是一个加热非常不均匀的过程，在焊缝处温度梯度变化 很大，划分网格时一般不采取均匀的网格，而时在焊缝及其 附近的部分用加密的网格;在远离焊缝的区域，温度分布梯度 变化相对较小，这是可以忽略细节，划分相对较为稀疏的网 格。总之，在保持精度的同时减少网格的数量。本文中焊接 所用高强钢试件的网格划分如图1。
[2] 谭燕，赵磊，李之明．Delphi高级辅助工具精解[M]．中国 铁道出版社，2003.
[3] 王昊鹏，贾新宇．Delphi下数据输入检测方法[J]电脑编 程技巧与维护，2006.
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[5] John Ayres. The Tomes of Delphi (tm) Win32 Core API Windows 2000 Edition[M]. Wordware Publishing, Inc. 2001.
作者简介 高 兵，女（1972-），辽宁人，助理工程师，主要研究方 向：通信指挥。
[2] 卢振洋等．基于ANSYS薄板GTAW焊接温度场数值模拟． 微计算机信息，2007年23卷21期291~292.
[3] 陈楚等．数值分析在焊接中的应用．上海：上海交通大学 出版社，1985年1月.80~82
[4] 张旭东，等．CO2激光-MIG同轴复合焊方法及铝合金焊接 的研究．应用激光，2005年2月1~3.
电脑编程技巧与维护
ANSYS在激光电弧复合焊接数值模拟中的应用
郭旭卓 （空军航空大学，长春 130022）
摘 要：以高强钢为研究对象，利用有限元分析理论，结合数值计算的方法，通过试验，验证了模拟结果。 关键词：激光电弧复合焊接；数值模拟；温度场；工艺参数
ANSYS Application on Numerical Simulation of Laser-arc Hybrid Welding
4 结语
语音通信系统技术是一个非常具有发展潜力的领域，
网络与通信
人们正在不断地研究与探索。比如，目前比较流行的成本节 约、无缝集成的“IP语音通信”技术倍受人们重视。
参考文献
[1] John Ayres. The Tomes of Delphi (tm) Win32 Core API Windows 2000 Edition[M]. Wordware Publishing, Inc. 2001.
图3 激光功率对熔深的影响
图4 激光功率对熔宽的影响
图2 焊缝在不同时刻的温度云图
4 试验设备与方案
（1）试验材料与规格 被焊材料为高强度钢，试件尺寸为120×50×7mm，填充 焊丝选择不锈钢，焊丝直径为1mm，本次试验采用的焊接接头 形式为对接。 （2）试验设备 所用激光器为德国ROFIN公司的板条式CO2激光器 DC50，额定功率为5KW；机床为UNITY-PRIMA公司的三维五 轴联动激光数控多功能加工机。专用复合焊接头，f=350mm 全反射聚焦镜。MIG焊机为直流自动焊接机，型号为松下YD350AG2。自动送丝系统。保护气体为Ar80%+CO220%，气体 配比调节器。扫描电镜、激光电子显微镜。 （3）试验方法 1）试件的准备。把高强钢板切割成试验要求的尺寸规
（1）前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划
分工具，用户可以方便地构造有限元模型。创建有限元几何 模型有两种方法:实体几何建模和直接生成法。实体几何建模 是先画出几何模型，然后对几何体进行网格划分成生节点和 单元，可以控制程序生成单元的大小和形状;直接生成法是 “手动”定义每个节点的位置和每个单元的连接。对于简 单的几何模型，可以采用直接生成法，这样很容易控制节 点和单元的分布、数量和序号。但是如果要构造复杂的几何 模型，使用直接生成法费力，一般使用实体几何模型法。 本文的建模就是使用实体建模。在实体几何建模时，采用自 底向上构造有限元模型，即在构造模型时，首先定义关键 点，再利用这些关键点定义较高级的实体单元（线、面和 体）。
作者简介 郭旭卓，男（1981-），汉族，辽宁锦州人，空军航空大学飞 行基础训练基地基础部，助教，研究方向：机械。
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GUO Xuzhuo (Aviation University of Air Force, Changchun 130022)
Abstract: This paper use thick high-strength steel for the study, use finite element analysis, combined with numerical calculation. The results and conclusions of the numerical simulation coincide with each other. Key words: Laser-arc hybrid welding；Numerical simulation；Temperature field；Research on process