焊接热过程仿真实验报告

焊接热过程仿真实验

一、实验目的

1、通过实验加强对瞬时点热源焊接温度场和焊接热循环的概念、影响因素、

解析解和数值解的特点等的感性认识。

2、Matlab,Ansys软件的使用。

二、实验内容

1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。

2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算，观察温度分布

云图，绘制指定点的焊接热循环曲线，对瞬时点热源焊接温度场的影响因素进行定量定性的探讨。

三、实验步骤

1、使用Matlab计算绘制瞬时点热源焊接温度分布曲线。

(1)启动Matlab软件；

(2)打开新文件

(3)编写程序

源程序如下：

%Instant point heat

r= -4:.01:4;

Q=3600;

lan=0.4;

c=0.65;

p=7.8;

cp=c*p;

a=lan/cp

for t=1:1:10

temp =2*Q/cp/(4*pi*a*t)^1.5*exp(-r.^2 /4/a/t);

plot(r,temp)

hold on

end

ylabel('温度(C)')

xlabel('距离r (cm)')

grid on

（4）运行程序

（5）记录指定时间的温度，绘制温度分布曲线。实验结果图如下：

2、使用Aansys软件对瞬时点热源焊接温度场进行仿真计算。

ANSYS软件采用有限元方法进行稳态、瞬态热分析，计算各种热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。这些热载荷包括：对流，辐射，热流率，热流密度（单位面积热流），热生成率（单位体积热流），固定温度的边界条件。

采用ANSYS软件进行热过程分析可以用菜单交互操作和编程两种方式。由于本次实验仅有两学时，学生又无该软件的使用经验，所以主要以程序调试为主，将重点放在参数影响因素的探讨。

（1）使用文本文件编辑器编写程序

（2）以.mac为扩展名存盘

（3）运行Ansys软件

(4) 设置文件夹到程序所在文件夹

（4）运行程序

源程序及各步骤所得结果图如下：! 步骤1：项目设置

FINISH

/CLEAR

/FILNAME, Point heating

!Give the analysis a title

/TITLE,Point Heat

! 步骤2：设置单元、材料特性参数

/UNITS,SI

ET,1,SOLID70 !单元类型选择

MP,DENS,1,7800 !密度

MP,KXX,1,40 !导热系数

MP,C,1,650 !比热容

!MPTEMP,1,0,227,727,1727,2727

!MPDATA,KXX,1,1,83.5,61.5,32.5,42.5,46 !MPDATA,C,1,1,430,540,980,847,400

!MPTEMP,1,0,1533,1595,1670

!MPDATA,ENTH,1,1,0,7.5E9,9.6E9,1.05E10

!步骤3：建模

a=0.05 !模型边长

an=5 !边长上的单元数

b=0.01 !网格密集区边长

bn=10 !网格密集区边长上的单元数block,0,b,0,b,0,b !建模

block,0,a,0,a,0,a

vovlap,all

/pnum,volu,1

!步骤4：网格划分

vsel,s,loc,z,0,b

vatt,1,,1,0

mshkey,1

LESIZE,11, , ,bn, , , , ,1 LESIZE,6, , ,bn, , , , ,1

LESIZE,7, , ,bn, , , , ,1

vmesh,all

vsel,inve

vatt,1,,1,0

esize,a/an

smrtsize,6

mshape,1,3d

mshkey,0

vmesh,all

vsel,all

/VIEW,1,0.5,-1,0.5

/TRIAD,OFF !Turn triad symbol off

/REPLOT

!步骤5：求解

/SOLU

ANTYPE,TRANSIENT,NEW

TRNOPT,FULL

LUMPM,ON

TOFFST,273

TUNIF,20 ! 工件初始温度。有预热时改为预热温度TREF,20 ! 参考温度

acof=10 ! 传热系数

SFA, 8, , conv, acof, 20

SFA, 10, , conv, acof, 20

SFA, 12, , conv, acof, 20

F,2,HEAT,3600/4/0.2 !输入热量

TIME,0.2 !Set time at end of load step

AUTOTS,-1 !Program chosen automatic time stepping DELTIM,0.01,0.001,0.25,1 !Specify time step sizes KBC,1 !Specify stepped loading

!

OUTRES,ALL,ALL !Write to file at every step

SA VE