基于ANSYS的挖掘机铲斗体焊接应力场模拟
基于ANSYS的液压挖掘机斗杆仿真实例
液压挖掘机斗杆有 限元静 强度分析 ， 可在设计阶段 全面掌握斗杆刚度和强度 ， 指 导结构设计 ， 减 少后期试验 次数 。 关键词 ： Ａ ＮＳ ＹＳ ； 斗杆 ； 可靠性
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ４ ２ ２ ． ２ 文献 标 识 码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ５ ４ ５ Ｘ （ ２ ０ １ ５） ０ ５ — ０ １ ３ ０ — ０ ３
１ ６ ５ ９台 ， 外 资 品牌市 场 占有率 为 ５ １ ． ５ ％， 国 内 品牌市 场 占有 率 为 ４ ８ ． ５ ％； ６吨 以 上 挖 掘 机 累计 销 售 ３ ７ ７ ８ 台， 外 资 品牌市 场 占有 率 为 ５ ６ ． ５ ％， 国 内 品牌 市 场 占 有率 为 ４ ３ ． ５ ％ｆ ｌ ＿ 。 ２ ０ １ ３年 １ ２月 ， 里 昂证 券发 布 了一份 对 １ ３台在 华 销 售 的不 同 的挖 掘 机 的质 量 测 试 研 究 报 告 ：中 国制造 挖 掘 机 的结 构设 计 能够 承受 的重 载 优 于进 口挖 掘机 。在 我 国 ， 一 台 中型挖 掘机 一 年工作 斗杆 属 于 箱形 焊 接 件 ，由于 焊 接 件 对零 件 尺 寸
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ２ — ０ ｌ
作者 简介 ： 王启超 （ １ ９ ８ ５ 一） ， 男， 陕西武功人 ， 助 理工程师 ， 研究方 向主要从事工程机械机 电液一体化实验教学工作 。
１ ３ ０
Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ５， ２ ０ １ ５
国家基础建设飞速发展 ，带动工程机械需求量 １ 有 限元法与 Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ简介 大增 ， 给工 程机 械生产 商们创 造 了一 个 良好 的发展 时 机。挖掘机作为工程机械的重要机种之一 ， 广泛应用 有 限元 方 法 （ Ｆ Ｅ Ｍ） 作 为 一种 十分 有 效 的 数 值 方 于土 石方作 业 、 矿 山发 掘 、 工 民建 及水 利水 电工程 等 。 法， 在工程 界 被广 泛认 可使 用 。 目前 ， 在机 械 系统 、 工 我 国 自上 世 纪 六 十 年 代 末 开 始 研 发 挖 掘 机 产 程结构 和其他各类工程 问题 的数 字建模 、分析 、 设 品， 行 业 发展 迅 速 。据有 关 资料 显示 ， ２ ０ １ ５年 １ 、 ２月 计 、仿真等各方面都发挥着重要作用 。美国 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 份， ２ ７家 主要挖 掘 机生 产企 业 ， 累计销 售 迷你 挖 掘机 公司开发的 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 ， 是将磁场 、 声场 、 电场 、 流
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。
基于ANSYS的挖掘铲静力分析
由图 ５和 表 ３可 以看 出 ，随 着人 土角 的增 大 。 挖 掘铲 的应力 逐 渐增 大 ， 增 大 的趋 势 也 在 增加 ， 挖 且 即
掘阻 力 随着入 土角 的增 大而快 速增 大 。
土壤类 型 、 内摩 擦 因数 、 附着力 因数 、 本 身 的物理 机 铲 械 系 数等 因素 决定 。 合 土壤 与挖 掘铲综 合 受力 分析 结 （ 图 １ ， 到挖 掘铲 的牵 引 阻力 。 见 ）得
（） ａ 三角 平 面 铲
图 １ 挖 掘 铲 受 力 分 析
（） ｂ 凹面 铲
３３ 网 格 划 分 ．
挖掘铲 分 析方案 如 表 １ 示 。 所
收 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ５ ２ １— ３ ２
作 者 简 介 ： 海 亮 （９６ ） 男 ， 士 ， 事 机 械 性 能 试 验 及 新 张 １８ 一 ， 硕 从
产 品 开发 方 面 的研 究 工作 。
在前 处 理 中找 到 网格 划 分 Ｍｅｈｎ 。激 活 Ｓ ｒ ｓｉｇ ｍａｔ
”
３ 有 限 元 分 析
３ １ 定义 单元 类型 及 实常数 。
ｚ。 ｓ （ ｉ
＋
± ＋ 旦 ｃ 。（ ｎ ＋ １ｏ ０ ｚ ｉ ／ ｓ ｆ ｚｃ ｌ
本 文要 分 析 的对 象 实体 模 型 ， 以选 择体 单元 所 （ｏ ｄ ， 置单 元类 型为 ｓｌ ４ 。 由于结 构分 析本 身 ｓｌ ）设 ｉ ｏｉ ５ ｄ 没有 其他 参考 常数 ． 因此不需 要定 义实 常数 。 。
Ｓｚ ， 滑 标 设 置 为 １ 再 单 击 Ｍｅｈ图 标 ， 选 择 全 ｉ 将 ｅ ， ｓ 并
２ １ 第 ５期 ０ ２年
张海 亮等 ： 于 ＡＮＳ 基 ＹＳ的挖掘 铲静 力分析
挖机铲斗结构有限元分析-ANSYS FEM大作业
挖机铲斗结构有限元分析-ANSYS FEM大作业1.问题概述：通过ansys软件对挖机的铲斗结构进行有限元分析，将铲斗结构在工作过程中铲土受到的力反向施加在铲斗上，来分析结构的受力状态，结合材料力学第四强度理论来判定结构是否满足强度要求。
图1 几何模型2.问题分析：采用ansys软件，建立铲斗有限元模型，不需要建立挖机的整体模型，在铲斗与挖机动臂连接的销孔位置处进行约束设置，将铲斗工作过程中的力提取出来，反向施加在铲斗上，如图1所示，红色箭头方向即为铲斗的受力方向，其中已知，Fx为109000N，Fy为-110000，Fz为0，最终对铲斗进行强度分析。
3.分析步骤首先通过Proe建立三维模型，随后将三维模型通过ansys几何结构导入至ansys软件中，几何导入路径截图为：图2 几何导入路径单元类型为solid186单元类型，solid186是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网。
单元通过20个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度.SOLID186可以具有任意的空间各向异性，单元支持塑性，超弹性,蠕变,，应力钢化，大变形和大应变能力.还可采用混合模式模拟几乎不可压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料。
图3 单元类型图4 单元类型定义结构材料为Q235，弹性模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3。
在ansys中材料定义如下所示：图5 材料属性对结构进行网格划分，采用六面体的网格划分方法，让结构尽可能多的用六面体，这样可以减少整体的节点规模，减小计算资源，同时还能保证计算精度。
网格总数为35210，节点总数为40448。
图 4 有限元网格模型根据实际情况进行加载约束，首先约束四个主动臂铰接孔内孔的全部自由度，如下所示其次约束辅动臂的四个铰接孔内孔的轴向和径向自由度，放开转动自由度，如下图所示。
最后按照题目中的载荷要求，在挖机铲斗边缘施加对应的载荷，最终加载约束示意如下，分析过程中还考虑铲斗结构的本身自重问题。
建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接ansys应力有限元分析(详细图解分析)
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析(试题学习)
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
焊接模拟ansys实例(2020年整理).doc
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。
焊接温度场和应力场的数值模拟
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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。
基于ANSYS的焊接过程有限元模拟
０ 前言
目前， 数值模拟技术已遍及焊接学科的各个领 域 。有 限 元 法 是 伴 随 着 计 算 机 技 术 和 数 值 分 析 方 法 发 展 起 来 的 结 构 分 析 方 法 。它 已 广 泛 地 应 用 于 焊 接 热 传 导 、热 弹 塑 性 应 力 和 变 形 分 析 、焊 接 结 构 的 断 裂力学分析等［１］。ＡＮＳＹＳ 软件是以有限元分析为基础 的大型通用 ＣＡＥ 软件， 其强大的热结构耦合及瞬态、 非线性分析能力使其在焊接模拟技术中具有广阔 的应用前景［２］。本研究利用 ＡＮＳＹＳ 软件的参数化程 序语言 ＡＰＤＬ 编制了焊接过程三维瞬态温度场、应 力应变场模拟分析程序， 并以中厚板表面堆焊为例 给出了具体分析过程， 计算结果与实测结果比较吻
第 ３７ 卷 第 ７ 期 ２００７ 年 ７ 月
电焊机
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ
Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２００７
研究与设计
基于 ＡＮＳＹＳ 的焊接过程有限元模拟
刘兴龙 １， 曲仕尧 ２， 邹增大 ２， 王新洪 ２
（１．南车四方机车车辆股份有限公司， 山东 青岛 ２６６０３１； ２．山东大学 材料科学与工程学 院， 山东 济南 ２５００６１）
图 ４ 计算与测试热循环曲线 下降。升温速度明显地比冷却速度快， 当冷却到一定 的时候， 各点温度很快趋于相同。
图 ４ 为距离焊接起始点 ５７ ｍｍ、焊缝中心 ７．５ ｍｍ 处平板上表面位置（平板前端焊缝熔合区）实测的热 循环曲线和计算所得的热循环曲线。计算结果与实 测结果非常吻合， 计算所得的最高温度 １ ５５０ ℃， 实 测最高温度 １ ３９５ ℃， 误差约为 １１％。
基于ANSYS的厚板多道焊焊接残余应力模拟_张晓飞
焊接残余应力 σx 和 σy 的 分 布 云 图 如 图 6、 图7 所示，由于焊接残余应力研究主要集中在垂直 焊缝方向的残余应力，因此主要对 x 方向的焊接残 余应力 σx 模拟结果进行详细说明。由图 6 可知， x 方向残余应力 σx 最大值发生在边界处，这主要 是受边界固定的影响，在四个角上产生了应力集 中现象。除此以外，σx 在熔合线附近达到最大，并 沿焊缝对称，在熔合线附近以外的地方应力值很小。
ZHANG Xiao-fei (Zhenjiang Watercraft College，Zhenjiang 212003，China)
Abstract：In this paper，using the ANSYS parametric finite element analysis of APDL language procedures，simulates the butt -
图 4 多道焊焊接顺序
3.3 焊接应力场模拟
焊接应力场数值模拟的流程为：(1)将有限元模 型的热分析单元 SOILD70 通过 ANSYS 中的 ETCHG 命令直接转换成相应的结构分析单元 SOILD45，原 先划分的网格形式不变；(2)计算焊接应力场时将四 个角点固定；(3)将得到的温度场结果文件，取适当 的步长作为温度载荷读入，同时再一次利用生死单 元技术，依次激活度冷却后整个平板 的残余应力分布。
图 1 焊接残余应力模拟流程框图
2 焊接残余应力模拟实例
以 30 mm 中厚板平板对接焊为例进行模拟分 析，为简化计算和减少计算量，在不影响计算精度 的情况下，模拟时采用直焊缝进行简化计算研究 。 钢板材质为 980 钢，尺寸 125 mm×250 mm×30 mm， 考虑船厂焊接实际，给定平板的初始温度及环境温 度为 25 ℃，焊缝为双面 X 型坡口，焊缝尺寸 10 mm× 250 mm×30 mm。焊接工艺参数：焊接电流23 A，焊接
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第４２卷第１２期雹珲墩ｖ。１．４２Ｎ。．１２２０１２年１２月ＥｌｅｅｔｒｉｃＷｅｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＤｅｃ．２０１２
基于ＡＮＳＹＳ的挖掘机铲斗体焊接
应力场模拟
季鹏１，吴冬１，殷晨波１，蒋国进１，戴晴华２（１．南京工业大学车辆与工程机械研究所，江苏南京２１０００９；２．三一重机有限公司，江苏昆山２１５３００１摘要：基于大型有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，以液压挖掘机铲斗体为例，采用ＡＰＤＩ。语言对其进行焊接温度场和应力场的数值动态模拟。有限元模型采用三维实体单元，考虑了材料热物理性能随着温度的变化和周围对流、辐射散热的影响，运用内生热的加栽方式来模拟焊接热源及单元生死技术模拟焊缝的填充过程，得到了焊接过程温度场和应力场，并对结果进行分析。关键词：ＡＮＳＹＳ；温度场；应力场；数值模拟中图分类号：ＴＧ４５７．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—２３０３（２０１２）１２—００８７—０３
ＳｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｅｘｃａｖａｔｏｒｂｕｃｋｅｔｂｏｄｙｗｅｌｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＡＮＳＹＳ
ＪＩＰｅｎ９１，ＷＵＤｏｎ９１，ＹＩＮ
Ｃｈｅｎ－ｂ０１，ＪＩＡＮＧＧｕｏ—ｊｉｎｌ。ＤＡＩＱｉｎｇ—ｈｕａ！
（１．ＶｅｈｉｃｌｅｓａｎｔｉＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＲｅｓｅａｒｃ．ｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｍ’ｓｉｔｙｆｌｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９．Ｃｈｉｎａ；２．ＳＡＮＹＨｅａｖｙｌｎ＜ｌｕｓｔｕ＇Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｓｈａｎ２１５３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂａｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉ＜‘ｅｘ（‘ａｖａｔｏｒｗｉｔｈｂｕｃｋｅｔｂｏｄｙｆｉ）ｒｅｘａｍｐｌｅ．ｕｓｉｎｇｌａｒｇｔ・ｆｉｎｉｔ（・ｃ。ｈ，ｎｌｔ・ｎｌａｎａｌ）ｒｓｉ‘ｓｏｆｔｗａｒ（－ＡＮＳＹＳ．ｔｈ（－
ｗｅｌｄｉｎｇｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｆｏｒｔｈｅｎｕｍｅｎｅａｌｄｙｎａｍｉｃＷａｓｓｉｎｍｌａｔ（、ｄＩ）、ｔｈｅＡＩ’Ｉ）１．１ａｎｇｕａｇｅ．ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｎｍｎｓｉｏｎａｌ
ｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｕｎｉｔ．ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＩｈｅｅｆｌ＇ｅｃｔｏｒｌｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｈｅａｌ１）ｈｙｓｉ（・ａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｔｅｍｐｍ‘ａｔｕｌ＇ｅ．“ｌｔ，
ｓｕｍｍｎｄｉｎｇ（．：ｏｎｖｅｃｌｉｔＩｎａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｔｈｅｈ）ａｄｉｎｇｍｅｔｈｏ（Ｉｏｆｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓｔｈｅｒｍａｌｓｉｎｍｌａｔｉｏｎｉｓｕｓｅｄｆｏｒｗｅｈｔｉｎｇｈｅａｔｓｏｕｒｃ（、．ａｎｔｉｅｌｅｍｅｎｔｂｉｒｔｈａｎｄｄｅａｔｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｆｏｒｔｈｅｗｅｈｌｉｎｇｓｅａｍｆｉｌｌｉｎｇｐｒｔ）ｅｅｓｓ．ｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏ（‘ｒＨｓ
ｏｌ’ｔｈｅｌｅｎｌｐｅｒａ．１ｔｌｒｅｌｉｅｈｌａｎｄ
ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＷａＳｏｂｔａｉｎｅ（１．ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＮＳＹＳ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ；ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ
Ｕ刖旨焊接热过程是影响焊接质量的重要因素之一，它包括电弧物理、金属相变、传热和力学等复杂过程，．由于焊接的高度集中热输入，焊件在冷却之后容易产生较大的残余应力和变形，会影响焊件装配工艺和使用性能。在此运用ＡＮＳＹＳ有限元软件对铲斗体进行焊接过程的模拟。先进行温度场的分析，然后利用热一力耦合力‘法．计算得到铲斗应力场的分布规律：收稿日期：２０１２—０５—１９作者简介：季鹏（１９７Ｅ卜），男，汀苏泰必人．博上．阱Ｏ，ｌｉ．卡篮从事焊接过程的数值模拟和网络安伞的研究Ｉ作。１计算流程焊接有限，，亡分析主要是温度场和应力场分析，运用ＡＰＤＬ编程首先分析焊接温度场，然后将温度场所得到的节点作为体载倚，加载到应力场分析中，汁算得到应力场结果，其整体汁算流程如图ｌ所示：
图Ｉ焊接过程模拟流程Ｆｉｇ．１Ｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｌｏｗｃｈａｒｔ１．１模型的建立液压挖掘机铲斗体巾‘ｉ维绘图软件Ｐｒｏ／Ｅ建市，然后保存ｉｇｅｓ导人有限元分析软件ＡＮＳＹＳ【｛ｉ进
再矗石矗露；０五叩．膨一以翻一・８７・万方数据焊接工艺雹珲俄第４２卷
行有限元网格划分，其有限元模型及坡口形式如图２和图３所示。
图２铲斗体几何模型Ｆｉｇ．２Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｏｆｂｕｃｋｅｔｂｏｄｙ
内外侧侧
一立板
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Ｏ１底板
图３焊缝坡口形式Ｆｉｇ．３ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗｅｌｄｇｒｏｏｖｅ１．２材料高温性能参数液压挖掘机铲斗体的材料为ＨＧ７０，是一种高强度工程用钢，抗拉强度为７００ＭＰａ，材料的热力学性能和温度有关，且呈现非线性，在ＡＮＳＹＳ中，运用ｍｐｔｅｍｐ和ｍｐｄａｔａ命令建立材料在温度下的参数，高温处的物理性能保持不变ｉｔ－２Ｊ。
１．３焊接热源的处理与施加
运用内生热的加载方式来模拟焊接热源，通过ＡＮＳＹＳ中的生死单元技术来实现焊接材料不断填充焊缝的过程，先将焊缝有限元单元的刚度矩阵乘以一个很小的因子，近似为０，开始进行焊缝填充时，利用＊ＤＯ一＊ＥＮＤＯ命令激活相应的单元，并对其加载１３ｌ。１．４相变影响焊接过程中存在固液相变问题，则需考虑相变潜热，在其变化过程中吸收和释放热量，当材料温度超过熔点或者相变点时，在ＡＮＳＹＳ中根据材料随温度变化的焓来考虑相变潜热ｆ４Ｉ，即日＝ｆｐ（∞ｄｒ
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式中Ｈ为热焓；ｐ为密度；ｃ（丁）为比热函数；Ｔ为绝度温度。１．５边界条件焊接过程的边界条件包括温度场分析的边界条件和应力应变分析的边界条件１５１。将试件上下表面及周围边界当作换热边界条件处理，即３７ｒＡ｛；Ｌ＝口（冗一Ｔｏ）
ａ凡
式中／＇ｔ为边界表面外法线方向；ｄ为表面换热系
数，取常数为１０Ｗ／（ｍ２・Ｋ）；兀为焊件温度；Ｔｏ为环
境温度，取室温２０ｃｃ。进行应力应变分析时，在底板上和立板内外侧施加固定约束防止其移动，起到夹具的作用。１．６求解计算首先进行温度场求解，焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态传导问题，在ＡＮＳＹＳ中，采用牛顿一拉普森法．进行平衡迭代的同时修正刚度矩阵，打开自动时间步长，如果不收敛则会自动减小迭代步长，直至达到收敛。然后采用ｅｔｃｈｇ、ｔｔｓ命令将热分析单元转换为结构单元，用ｌｄｒｅａｄ命令读入，计算求解焊接应力场。
２结果与分析２．１温度场焊接温度场结果是应力场结果的基础，同时温度场对应力场分布规律有着直接的影响，在后处理中，焊接温度场在进行盖面焊时，最高温度达到ｌ６６２ｏＣ，如图４所示。僦㈣
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图４温度分布云图
Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
万方数据２．２应力场选取立板外侧对焊接应力场进行分析，图５为从焊缝起点０开始沿着焊缝方向路径的纵向应力分布规律，在前半部分表现为拉应力，最大拉应力在焊接冷却后，达４８６．２ＭＰａ。沿着焊缝方向，拉应力逐渐减小为零，在后半部分转变为压应力，最后又转换为拉应力，其中最大压应力达２８５．７ＭＰａ。一外侧填充焊冷却结束＋外侧盖面焊冷却结求
００．０５０．１００．１５０．２００．２５离起点距离／ｍ
图５纵向应力分布
束柬
Ｆｉｇ・５Ｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ图６为横向应力分布，规律和纵向应力一致，在前半部分应力值变化比较平缓且数值小于纵向应力值，仅在焊缝弯曲部分拉应力值有较大的变化，最大值为４０３．５ＭＰａ，在后半部分，最大压应力值达２０１．６ＭＰａ。
＋外侧填允焊冷却结束
—‘一外删盖面焊冷却结束
Ｏ０．０５０．１００．１５０．２０Ｏ．２５离起点距离／ｍ
图６横向应力分布
Ｆｉｇ．６Ｌａｔｅｒａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ图７为厚度方向应力分布，在前半部应力值呈
４顸）３００董：００萄㈣簧釜。
一１００—２（】０Ｕ０。Ｕ５０．１０Ｏ．１５ｏ．２００．２５离起点距离／ｍ
图７厚度方向应力分布Ｆｉｇ．７Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
现两端达到极大值，分别为２２５．６ＭＰａ和３３４．８ＭＰａ，
中间走势较为平缓且应力值不大；在后半部分表现为压应力，最大值达２０５．５ＭＰａ。
３结论（１）基于ＡＮＳＹＳ软件平台，采用内生热的加载方式来模拟焊接热源，选取适当的热边界条件，运用单元生死技术模拟焊缝的填充整个焊接动态过程。（２）运用ＡＰＤＬ语言进行参数化编程，得到了焊接应力场分布，并对焊缝关键路径进行了应力场分析。（３）对铲斗体关键焊缝进行数值模拟，提前预测了结构件的焊接残余应力，为提高试验时间和优化工艺参数提供了参考价值。
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万方数据