数值模拟在焊接中的应用
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。
然而，在焊接过程中，产生的焊接变形和残余应力往往会对工件的性能和质量造成一定影响。
因此，在焊接技术培训中，对焊接变形和残余应力进行数值模拟分析具有重要意义。
本文将探讨焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，并分析其应用前景。
一、焊接变形数值模拟焊接变形是指在焊接过程中，由于热引起的热应力和相变引起的力学应力而引起的构件变形现象。
为了准确预测焊接变形的情况，可以采用有限元数值模拟方法。
有限元数值模拟方法是一种将实际工程问题离散化为有限个简化的小单元进行计算的方法。
在焊接变形数值模拟中，首先需要建立焊接过程的热力耦合模型。
通过考虑焊接热源的热输入、热传导以及材料的相变特性等因素，可以准确地模拟焊接过程中的温度场变化。
然后，根据热力耦合模型，引入材料的本构关系和相变模型，可以计算得到焊接过程中的变形情况。
在数值模拟中，可以通过调整热源功率、焊缝几何形状以及材料的初始状态等参数，来对焊接变形进行优化。
此外，在数值模拟中还可以分析焊接变形对工件性能的影响，以指导焊接技术的改进和优化。
二、残余应力数值模拟焊接过程中产生的残余应力是指焊接完成后，由于焊缝区域的热胀冷缩差异而引起的应力。
残余应力的存在会降低工件的疲劳寿命和强度，甚至引发裂纹等问题。
因此，对焊接过程中的残余应力进行数值模拟分析是十分重要的。
在焊接残余应力数值模拟中，一般采用后处理方法来分析残余应力的分布和变化。
通过将焊接过程中的温度场和应力场输入到数值模拟软件中，可以得到焊接残余应力的分布情况。
同时，可以通过调整焊接参数和材料性质等因素，来研究焊接残余应力的变化规律。
在实际工程应用中，焊接残余应力数值模拟可以用于评估焊接工艺的可行性，为焊接工艺参数的选择提供依据。
此外，还可以通过优化焊接过程来减小残余应力的产生，提高工件的使用寿命和安全性。
三、数值模拟应用前景焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，在实际应用中具有广阔的前景。
有限元数值仿真 焊接
有限元数值仿真焊接有限元数值仿真是一种通过计算机数值模拟物理现象的方法，在工业生产过程中具有广泛应用。
在焊接工艺中，有限元数值仿真可以模拟焊接时的温度场、应力场、塑性应变等，从而预测焊接过程中可能出现的问题。
本文将介绍有限元数值仿真在焊接中的应用。
有限元数值仿真是一种基于数学模型的数值计算方法，用于模拟各种物理现象，包括结构力学、流体力学、热传导等。
该方法将连续体划分为有限数量的单元，在每个单元内建立数学模型进行计算，然后通过单元之间的边界条件关系，将所有单元的结果综合起来得到整体结果。
在焊接中，有限元数值仿真可以将焊接过程分为一系列的时间步骤，每个时间步骤内进行温度场、应力场、塑性应变等参数的计算，并通过不同的单元间的耦合关系完成最终的模拟，得到焊接过程中的温度场、应力场等参数。
1. 模拟焊接过程中的温度场有限元数值仿真可以模拟焊接过程中的温度场分布，对于评价焊接接头的质量和找出潜在的焊接问题非常有帮助。
通过数值仿真，可以预测焊缝的温度分布，从而避免出现焊接缺陷，如裂缝、变形等。
2. 分析焊接接头的应力场在焊接接头中，由于温度的变化，焊缝处可能存在应力集中，而应力集中部位可能会导致焊接接头的破坏。
有限元数值仿真可以模拟焊接接头的应力场分布，查找潜在的应力集中问题，并提供相应的解决方案。
3. 预测焊接接头的变形焊接过程中，由于热应力的影响，焊接接头可能会发生变形。
有限元数值仿真可以预测焊接接头的变形情况，并提供解决方案。
同时，这也可以作为指导焊接过程控制的重要依据。
焊接接头的塑性应变是评价焊接接头质量的一个重要指标。
有限元数值仿真可以模拟焊接接头的塑性应变，以评估接头的结构强度和稳定性。
三、有限元数值仿真的研究发展现状随着计算机技术的发展，有限元数值仿真在焊接领域已经取得了很大的进展。
目前，国内外多个研究机构都在进行有限元数值仿真技术的应用研究。
例如欧洲联盟已经成立了一支由11个成员组成的焊接数值分析小组，他们致力于推动有限元数值仿真技术的发展和应用。
焊接过程的数值模拟与优化
焊接过程的数值模拟与优化一、引言焊接是一种常用的工业加工方法，可用于连接和修复金属、塑料、玻璃等各种材料。
然而，由于焊接过程中涉及到高温、气体、化学反应等多种复杂因素，使得焊接工艺参数的选择与优化具有一定的难度。
因此，为了提高焊接效率和质量，数值模拟和优化技术近些年来得到了广泛的应用。
二、数值模拟技术数值模拟技术是利用计算机运算模拟实际物理过程的一种方法。
在焊接过程中，数值模拟技术主要用于预测温度场、扭矩场、应力场、位移场等物理参量，以便优化焊接工艺参数以达到最佳的焊接效果。
1. 焊接过程模拟在焊接过程模拟中，主要涉及到热传递方程、能量守恒方程、动量守恒方程等基本模型。
通过数值求解这些模型，可以得到焊接过程中的温度场、熔池形状、焊缝形状等重要的参量。
2. 焊接残余应力模拟焊接残余应力是指焊接后焊件内部残留的应力状态。
焊接残余应力模拟主要涉及到材料本构关系、应力平衡方程等模型。
通过数值求解这些模型，可以得到焊接后的残余应力分布，进一步判断焊接件的稳定性和持久性等。
三、优化技术对于焊接加工过程而言，焊接质量和性能的优化是关键。
因此，针对焊接工艺参数进行优化是必不可少的。
1. 优化算法在焊接优化过程中，优化算法的选择对结果影响非常大。
常见的优化算法包括模拟退火、遗传算法、粒子群算法等。
这些算法可以根据不同的目标函数进行参数优化，以获得最优的焊接参数设置。
2. 优化目标焊接优化的目标参数有很多，通常包括焊接强度、裂纹敏感性、金属熔池尺寸、焊接速度、温度均匀性等方面。
这些目标量可以通过实验或数值模拟得到，然后通过优化算法进行校准。
四、实例以氩弧焊为例，通过焊接数值模拟和优化技术，得出最佳的焊接参数设置。
1. 模型建立在ANSYS软件中，建立了氩弧焊的热传递和流体模型，计算焊接过程中的热传递和气体流动。
2. 优化参数通过实验和数值模拟，优化了电流、电压、焊接速度和气体流量等参数，以获得最佳的焊接效果。
3. 优化结果最终的优化结果表明，当电流设置为85A、电压设置为20V、焊接速度设置为3mm/s、氩气流量设置为10L/min时，可以获得最优的焊接结果，焊缝质量和机械性能都得到了明显的提升。
焊接变形的数值模拟及其应用研究
焊接变形的数值模拟及其应用研究一、引言焊接是加工工业中普遍应用的一种连接材料的方法，焊接强度高且结构更简单。
但随着焊接工艺和设备的不断进步，焊接变形成为制约焊接质量和效率的重要因素之一。
因此，综合考虑焊接变形模拟与应用是现代焊接研究的重要内容之一。
二、焊接变形的数值模拟技术对于焊接变形数值模拟技术的研究，其主要是通过有限元方法来实现。
有限元是一种计算机数值分析的方法，通过将具有复杂形状的结构划分为若干个小单元，综合考虑边界条件进行数值计算，并将结构的应变和应力分布进行可视化，从而研究结构的力学性质。
1.数值模拟的基本方法数值模拟的基本方法是将物理模型划分为网格单元，并在每个单元上考虑其内的物理过程，从而建立数学模型。
通常，执行数值模拟需要经过以下几个步骤：（1）建立具有完整物理性质的模型；（2）将模型划分成若干网格单元；（3）在各网格上考虑基本方程和边界条件；（4）求解各网格应变和应力等数值值；（5）将各网格的结果合并起来得到整个结构的应变和应力等数值分布。
2.有限元法有限元法（FEM）是一种将一个连续物体分解为一系列小块的计算方法，即把复杂的体系分割成一个个基本单元。
该方法对于计算结构静力学、动力学、热力学和流体力学等有广泛应用，因而也成为研究焊接变形的一个常用方法。
三、焊接变形的数值模拟分析在实际焊接过程中，由于热循环阶段的高温和残余应力的影响，常常引起焊接件的塑性变形，其途中产生的变形甚至能超出生产技术所容许的范围。
焊接变形不仅影响外观质量，还会影响焊接结构的性能和寿命，对于大型结构更为明显。
基于上文中所提到的有限元算法，通过对焊接变形机理的研究，可进行以下两方面的分析：1. 焊接变形分析焊接变形分析是研究焊接过程中产生变形的本质和形式，而这种变形是由于瞬态热源和温度场的影响而发生的。
定量分析焊接变形可以为制定设备厂商提供合适的工艺参数和焊后变形纠正措施的参考。
2. 焊接残余应力分析焊接传热过程中容易形成扭曲和残余应力等现象，不仅可能导致焊接材料的变形或裂纹等问题，还可能破坏焊接件的力学强度和疲劳寿命。
焊接过程中的数值模拟与仿真技术
单击添加标题
跨学科合作与创新：焊接过 程的数值模拟与仿真技术需 要与多个学科领域进行合作 和创新。未来发展需要加强 跨学科合作，推动焊接技术
的进步和应用。
结论与展望
结论
焊接过程中的数值模拟与仿真技术对于提高焊接质量和效率具有重要意义
通过数值模拟与仿真技术可以预测和优化焊接过程，降低成本和减少废品 率 未来随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，数值模拟与仿真技术将 更加精确和高效
仿真结果分析：通过仿真计算，可以得 到焊接过程中的温度场、应力场等关键 参数，为优化焊接工艺和提高焊接质量
提供依据。
数值模拟与仿真技 术在焊接中的挑战
与未来发展
数值模拟与仿真技术在焊接中的挑战
焊接过程的复杂性：焊接过程中涉及的材料、温度、应力等多种因素，使得数值模拟与仿 真技术面临诸多挑战。
建模与计算的准确性：焊接过程的数值模拟与仿真需要精确的模型和计算方法，以确保结 果的准确性和可靠性。
性、焊接工艺参数等。
应 用 实 例 展 示 ： 展 示 基 于 C OMS O L 的 焊 接过程仿真的实际应用案例，包括焊接
缺陷预测、焊接工艺优化等。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
C OMS O L 软 件 介 绍 ： C OMS O L 是 一 个 强大的多物理场仿真软件，支持电场、 力学、流体等多种物理场的耦合计算。
焊接过程中数值模 拟的原理与方法
焊接过程的物理模型
焊接过程的物理模型概述 焊接过程的物理模型建立 焊接过程的物理模型求解方法 焊接过程的物理模型应用案例
数值模拟的基本原理
有限元法的基本原理
有限差分法的基本原理
边界元法的基本原理
数值模拟的精度与稳定性 分析
焊接过程中的数值模拟与仿真技术
焊接过程中的数值模拟与仿真技术引言焊接是一种常见的金属加工方法，广泛应用于制造业领域。
然而，在焊接过程中，由于高温、高压和复杂的热力学环境，焊接工艺参数的选择和优化往往存在一定的挑战。
因此，借助数值模拟与仿真技术来模拟、预测和改善焊接过程已经成为焊接工程师的重要工具。
本文将介绍焊接过程中的数值模拟与仿真技术及其应用。
数值模拟与仿真技术的原理和方法数值模拟与仿真技术是利用数学方法和计算机技术对焊接过程进行模拟和预测的一种手段。
它基于物理学原理和数学方程，将焊接过程分解为多个离散的时间和空间步骤，并通过建立数学模型来描述焊接过程中的各种物理现象。
数值模拟与仿真技术的主要原理和方法包括：1. 热传导方程模型热传导方程模型是数值模拟与仿真技术中最基本的模型之一。
它基于热传导原理，通过建立热传导方程来描述焊接过程中热量的传递和分布。
该模型可以准确地预测焊接过程中的温度场分布和热应力分布，为焊接工艺参数的优化提供重要参考。
2. 流固耦合模型焊接过程中存在流体流动和固体熔化的复杂耦合现象。
为了更准确地模拟焊接过程，可以建立流固耦合模型。
该模型基于流体力学和固体力学原理，同时考虑熔化金属的流动和固体材料的变形。
通过该模型，可以分析焊接过程中的速度场、应力场和变形场等关键参数，为焊接过程的优化提供依据。
3. 相变模型焊接过程中熔化金属会发生相变，而相变过程对焊接接头的性能和质量具有重要影响。
为了准确预测焊接接头的相变行为，可以建立相变模型。
相变模型基于热力学和相变动力学原理，通过数学方程描述金属的熔化和凝固过程。
利用相变模型，可以研究焊接接头的晶体结构和应力分布，从而提高焊接接头的强度和可靠性。
4. 材料性能模型焊接过程中材料的热物理性质和机械性能会发生变化，对焊接接头的质量和性能产生重要影响。
为了更好地预测焊接接头的材料性能，可以建立材料性能模型。
材料性能模型基于材料力学和热学理论，通过数学方程描述材料在焊接过程中的变化规律。
焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义
焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义一、引言焊接技术在现代工业中具有重要的地位，但是焊接过程中存在着许多问题，如焊缝质量不稳定、变形过大等。
为了解决这些问题，研究人员利用数值模拟技术对焊接热过程进行了模拟分析。
本文将介绍焊接热过程数值模拟的主要任务及其意义。
二、任务1. 焊接热源建模在焊接过程中，热源是产生温度场和应力场的主要因素之一。
因此，建立准确的热源模型对于预测温度和应力场分布非常重要。
目前常用的热源模型有高斯函数、双高斯函数和移动点源等。
2. 材料性能建模材料性能是影响焊缝质量和变形度的重要因素之一。
材料性能建模包括材料塑性行为、导热系数、比热容等参数的确定。
通过这些参数的确定可以更准确地预测温度场和应力场分布。
3. 焊接过程仿真根据上述两个步骤得到的数据进行计算机仿真，预测出焊接过程中的温度场和应力场分布。
通过仿真结果可以预测焊缝质量和变形度，并且可以为实际焊接工艺提供参考。
三、意义1. 优化焊接工艺通过数值模拟技术，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，从而优化焊接工艺，提高焊缝质量和减小变形度。
2. 减少试验成本传统的焊接工艺设计需要进行大量的试验才能确定最佳方案，这不仅耗费时间而且成本高昂。
而通过数值模拟技术可以在计算机上进行仿真实验，避免了试验成本的浪费。
3. 提高生产效率采用数值模拟技术可以快速地评估不同的焊接工艺方案，从而选择最优方案并加以应用。
这样可以大大提高生产效率。
4. 推动科学研究数值模拟技术在研究领域中有着广泛的应用。
通过对焊接热过程进行数值模拟，可以深入了解材料行为、热传递规律等基础知识，并且为新材料的研究提供了参考。
四、总结焊接热过程数值模拟技术在现代工业中具有重要的地位。
通过建立准确的热源模型和材料性能模型，进行计算机仿真，可以预测出焊接过程中的温度场和应力场分布，优化焊接工艺，减少试验成本，提高生产效率，并且推动科学研究的发展。
焊接工艺中的数值模拟与仿真优化
焊接工艺中的数值模拟与仿真优化焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于制造业的各个领域。
然而，传统的试错方法在焊接工艺的优化中存在一些困难和不足。
为了提高焊接工艺的效率和质量，数值模拟与仿真技术成为了焊接工艺优化的重要手段。
数值模拟是利用计算机模拟焊接过程中的热传导、相变、应力和变形等物理现象的方法。
通过建立数学模型和采用数值计算方法，可以预测焊接过程中的温度场、应力场和变形情况，从而为优化焊接工艺提供理论依据。
数值模拟不仅可以减少试验成本和时间，还可以提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
在数值模拟中，材料的热物性参数是一个重要的输入参数。
通过实验和理论计算，可以获得材料的热导率、比热容和熔点等参数。
同时，焊接过程中的热源也需要进行建模。
根据焊接方式和焊接材料的不同，可以采用点源模型、线源模型或面源模型来描述热源的分布和功率。
除了热传导，相变也是焊接过程中的一个重要现象。
在焊接过程中，金属经历了固态、液态和气态三个相态的转变。
相变过程会引起温度的变化，从而影响焊缝的形成和性能。
数值模拟中，可以采用相变模型来描述相变过程，并通过计算相变潜热和相变温度来确定相变的位置和时间。
焊接过程中产生的应力和变形对焊缝的质量和性能也有重要影响。
应力和变形的产生主要是由于焊接过程中的热膨胀和材料的塑性变形。
数值模拟中，可以采用有限元方法来计算焊接过程中的应力和变形。
通过调整焊接参数和优化焊接序列，可以减少应力和变形的产生，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
数值模拟不仅可以用于焊接过程的优化，还可以用于焊接接头的设计和评估。
通过数值模拟，可以预测焊接接头的强度、疲劳寿命和断裂行为。
同时，还可以优化焊接接头的几何形状和尺寸，提高焊接接头的性能和可靠性。
除了数值模拟，仿真优化也是焊接工艺优化的重要手段之一。
仿真优化是利用计算机模拟和优化算法来寻找最优的焊接参数和工艺条件。
通过建立数学模型和采用优化算法，可以在设计空间中搜索最优解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数值模拟在焊接中的应用摘要：焊接是一复杂的物理化学过程,借助计算机技术,对焊接现象进行数值模拟,是国内外焊接工作者的热门研究课题,并得到了越来越广泛的应用。
概括介绍了数值分析方法,综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析、残余应力分析、焊接热源分析方面的研究现状及发展趋势。
关键词：焊接；数值模拟；研究现状焊接是一个涉及电弧物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程,单纯采用理论方法,很难准确的解决生产实际问题。
因此,在研究焊接生产技术时,往往采用试验手段作为基本方法,其模式为“理论—试验—生产”,但大量的焊接试验增加了生产的成本,且费时费力。
计算机技术的飞速发展给各个领域带来了深刻的影响。
结合数值计算方法和技术的不断改进，工程和科学中越来越多的问题都可以采用计算机数值模拟的方法进行研究。
采用科学的模拟技术和少量的实验验证，以代替过去一切都要通过大量重复实验的方法，不仅可以节省大量的人力和物力，而且还可以通过数值模拟解决一些目前无法在实验室里直接进行研究的复杂问题。
用数值方法仿真实际的物理过程，有时被称为“数值实验”。
作为促进科学研究和提高生产效率的有效手段，数值实验的地位已经显得越来越重要了。
在工程学的一些领域中，已经视为和物理实验同等重要。
与焊接生产领域采用的传统经验方法和实验方法相比，数值模拟方法具有以下优点：（l）可以深入理解焊接现象的本质，弄清焊接过程中传热、冶金、和力学的相互影响和作用；（2）可以优化结构设计和工艺设计，从而减少实验工作量，缩短生产周期，提高焊接质量，降低工艺成本。
一、焊接数值模拟中的数值分析方法数值模拟是对具体对象抽取数学模型,然后用数值分析方法,通过计算机求解。
经过几十年的发展,开发了许多不同的科学方法,其中有：(1)解析法,即数值积分法；(2)蒙特卡洛法；(3)差分法；(4)有限元法。
数值积分法用在原函数难于找到的微积分计算中。
常用的数值积分法有梯形公式、辛普生公式,高斯求积法等。
蒙特卡洛法又称随机模拟法。
即对某一问题做出一个适当的随机过程,把随机过程的参数用由随机样本计算出的统计量的值来估计,从而由这个参数找出最初所述问题中的所含未知量。
差分法的基础是用差商代替微商,相应的就把微分方程变为差分方程来求解。
差分法的主要优点是对于具有规则的几何特性和均匀的材料特性问题,其程序设计和计算简单,易于掌握理解,但这种方法往往局限于规则的差分网格,不够灵活。
在焊接研究中差分法常用于焊接热传导、熔池流体力学氢扩散等问题的分析。
有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析,现在它已被用来求解几乎所有的连续介质和场的问题。
在焊接领域,有限元法已经广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等。
在工程应用中,上述数值方法常相互交叉和渗透。
二、焊接熔池的传热与流体流动模拟进展焊接熔池的传热和流体流动计算机模拟是焊接模拟领域的一个重要领域,同时也是焊接冶金模拟中最为复杂的一个方向之一。
因为焊接过程中大部分非平衡的物理、化学反应都在短时间内集中在焊接熔池这一局部高温区域内,这部分区域存在着很大程度上的成分、组织和性能的不均匀性。
而对焊接熔池的物理测试十分困难,且费用大,因此大部分的研究是基于数值模拟的基础进行的。
对焊接熔池的数值模拟有助于人们从更深层次上理解焊接过程的物理实质,模拟的结果有利于实现对焊接过程的控制。
但目前关于焊接熔池的传热与流体流动模型都是建立在大量的假设和简化基础上的[1~3],因而模拟结果与实际有一定的出入,需要今后的不断改进。
在模拟焊接熔池传热与流体流动中,除了一些简单的模拟焊接熔池传热外,一般焊接熔池传热和流体流动的模拟都没有解析解,这就需要对模型进行数值求解。
常用的数值模拟方法有有限差分方法、有限元法、数值积分方法等,目前对焊接熔池的模拟基本都是用有限差分方法和有限元方法。
今后的焊接熔池模拟发展主要朝着计算精度方向和计算规模两个方向发展。
在计算精度方面就要求对焊接熔池的数学物理模型仔细考虑,在能够运算的前提下,尽量少地简化模型来提高计算精度。
同时对模拟中材料的热物理参数的值也要进行精确测量,因为材料的热物理参数是随温度变化而变化的,只有材料的热物理参数准确,才能使模拟的结果与实际相符。
另一方面,计算规模是限制计算精度的一客观因素,在不改变硬条件的基础上,提高计算效率,改进现有计算算法也是提高计算规模的一个很好办法。
从焊接熔池传热与流体流动模拟发展方向上来看,今后模拟主要朝着以下几个方向发展:(1)由二维简单模拟向三维模拟方向发展;(2)由准稳态熔池向瞬时的、非稳态的熔池模拟方向发展;(3)由平的焊接熔池表面假设向具有自由表面的焊接熔池模拟方向发展;(4)焊接熔池液体金属的流动由层流向紊流方向发展;(5)由不可压缩流体向可压缩流体的方向发展。
三、焊接残余应力数值模拟的研究与发展近20年来,国内外对焊接残余应力的模拟技术进行了许多研究,取得了不少成果。
焊接应力与应变的数值分析研究包括:焊接动态应力应变过程、焊接残余应力与残余变形、拘束度与拘束应力、消应力处理等。
但应看到这些研究还处在初步阶段,还有许多工作需要深入研究,但必须正确阐明焊接现象的本质,才能建立起正确的模型。
焊接残余应力数值模拟研究主要在以下几个方面取得了重要成就：(1) 研究了提高三维焊接热弹塑性有限元计算精度和稳定性的有效方法,研制了相应的计算机程序,并为若干三维复杂焊接构件的分析提供了有利工具。
(2) 建立了特种焊接的数学模型如:激光焊、点焊、钎焊、摩擦焊等的传热和力学模型。
(3) 对相变和耦合效应成功进行了有限元分析。
(4) 动态网格自适应生成技术的应用。
(5) 并行计算技术的应用。
(6) 单元死活技术的应用。
(7) 分段移动热源技术的应用,可大大提高焊接三维数值分析的计算效率。
随着计算机软、硬件及有限元软件技术的发展,焊接残余应力数值模拟技术将不断完善,其模拟结构也向着三维化、整体化、精密化方向发展,其模拟范围不仅包括各种焊接方法,而且包括各种焊接模型、结构及相关环境条件与理化过程。
焊接数值模拟技术必将向着智能化方向发展,而焊接中各阶段计算由计算机来完成,操作者只要输入焊接方法和焊件的几何尺寸,计算机会给出最佳的焊接工艺参数,使焊接残余应力最小,组织性能最好,使焊接技术随之向着科学化、智能化方向发展。
四、熔化焊焊接热源模型及其发展趋势从熔化焊热源模型的历史来看,其发展有如下几个特点:1模型的空间维数方面已经发展到三维以经典的热源模型为例,从上个世纪40年代开始的一维点热源模型,到二维的高斯圆形热源模型,再到三维的双椭球热源模型,焊接热源模型经历了空间维数渐进的过程。
三维焊接热源模型已经可以十分充分地描述焊接热流在空间的分布特点,在此方面不大可能再有发展。
2模型的空间形状方面的发展已经接近极至根据不同的具体焊接情况,国内外的焊接工作者已经建立了多种标准几何形状的焊接热源模型。
可以说,焊接热源模型在空间形状方面几乎囊括了所有的标准几何形状。
由于热源模型应符合具体的焊接方法及其热过程在此方面较难再有大的突破。
3模型的热流分布模式种类较少目前最为流行的热流分布模式为高斯分布,上述的各种空间形状的热源模型的热流分布模式大都为高斯分布。
此外还有均匀分布、衰减分布及结合型分布等。
热流分布模式取决于焊接方法及其工艺条件,在此方面具有一定的发展空间。
4向复合热源模型的方向发展随着YAG-TIG焊等复合焊接方法的发展,以及为了模拟某些特殊的焊接现象如激光焊中的“钉头”状焊缝等,出现了复合热源模型。
例如,为了模拟出MIG焊的“指状”熔深,采用双高斯圆形热源模型来模拟；再如,建立一个结合了电弧的表面高斯热源和熔滴的圆柱体热源的复合热源模型来进行V形坡口对接焊温度场的数值模拟等等。
5动态焊接热源模型有待于深入研究静态焊接热源模型的研究已经比较充分,而动态焊接热源模型的研究尚处于空白。
由于焊接过程的时变特点,动态焊接热源模型的深入研究将进一步提高数值模拟焊接温度场的精度,更加准确地把握焊接热过程的动态特点,加深对焊接传质传热问题的认识,并从根本上推进焊接数值模拟技术的发展。
在焊接中，数值模拟技术除了用在以上几个方面，还大量用于焊缝金属凝固和焊接接头相变过程的数值模拟、非均匀焊接接头的力学行为的数值、焊接接头组织变化和热影响区氢扩散的数值模拟和焊接结构断裂韧性、疲劳裂纹扩展的数值模拟等等。
到2020年,计算机分析、数值模拟、自动化制造,将在焊接中广泛运用,焊接将彻底转变为一门科学。
在焊接技术由经验向科学的转变过程中,焊接工艺过程控制、材料的低功耗、纯净化和智能化以及焊接设备参数复杂控制知识模型的建立是核心任务。
随着对焊接过程中各种现象的进一步深入了解以及计算机技术的快速发展,焊接数值模拟技术及进一步发展的虚拟制造技术必将广泛的应用到焊接技术的研究及生产中,极大促进国民经济建设,推动生产制造的科学化、现代化、自动化进程。
参考文献：[1]张瑞华,樊丁,杜华云.GTA焊接熔池特性的数值模拟.兰州理工大学学报,2004年10月.[2]刘顺洪,万鹏腾,胡良果,李志远,余蔚.薄板激光焊接温度场的数值研究.电焊机.2001年8月.[3]杨庆祥,李艳丽,赵言辉,姚枚.堆焊金属残余应力场的计算机模拟.焊接学报.2001年6月.[4]周建新,李栋才,徐宏伟.焊接残余应力数值模拟的研究与发展.金属成型工艺.2003年6月.[5]林燕,董俊慧,刘军.焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展.Welding Technoloy.2003年9月.[6] 李华.焊接接头残余应力的数值模拟.大连交通大学硕士学位论文.2006年12月.[7] 张显辉,谭长瑛,陈佩寅.焊接接头氢扩散数值模拟.焊接学报.2001年9月.[8] 李强,钱百年,李殿中.焊接熔池的传热与流体流动模拟进展.焊接学报.2002年8月.[9] 吴言高,李午申,邹宏军,冯灵芝.焊接数值模拟技术发展现状.焊接学报.2002年6月.[10] 董航海,刘建华,杜汉斌,吴祥兴.焊接应力应变与变形的数值研究进展.电焊机.2003年9月.[11] 徐琳.角焊缝角变形数值预测方法研究.武汉理工大学博士学位论文.2007年4月.[12]王传标.熔焊热过程的数值模拟与综合分析.合肥工业大学硕士学位论文.2008年5月.[13] 谢建华,魏兴钊,黄鹏.数值模拟与热处理技术进步.热处理技术与设备.2006年10月.。