基于ANSYS上的焊接热过程模拟技术的研究(2)

ANSYS有限元分析软件在机械设计加工的焊接应力分析

特性=C0+C1T+C2T2+C3T3+C4T4

式中:Cn——系数;

　T——温度。

还可以设定一组温度来赋予相应材料特性值方法定义材料特性。为方便对研究对象的分析,可创建材料数据库文件,将设定的材料特性存储到档案材料数据库中,以备在多个分析中取出重复使用。材料数据库文件也能够使多个ANSYS用户共享一些常用的材料特性数据。几何模型的建立采用有限元建模的方法有两种:实体建模和直接生成。用实体建模时,描述模型的几何边界后,ANSYS程序自动划分有限元网格生成节点和单元,用户可控制程序生成的单元形状和尺寸。选用直接生成,需“手工”定义节点位置和单元联接,程序提供了几种很方便的生成手段,如用已定义的节点,单元拷贝生成或对称、反射生成等。在设置网格划分控制以建立想要的网格密度时,应选用合适的网格密度,过粗过细都不利。过粗结果偏差过大;过细化费过多的时间。一般可借助于利用自适应网格划分产生与先前独立得出的试验分析或已知解析解进行对比等方法解决。

2.加载和求解

指定合适的载荷条件是分析焊接热过程的重要内容。在ANSYS程序中,可以用各种方式对模型加载,而且借助于载荷步选项,可以控制在求解中载荷的如何选用。焊接热过程的建模,可通过温度、热应变、热流速率、对流、内部热生成等的加载,对焊件结构和热力进行分析。

对焊接热过程的计算机模拟一般都有一个热源产生的热流在固体中传导的基本方程,如:

()()()Θ=Κ+Κ+Κ5Σ5X5X5Y5Y5Z5Z

式中:Η——温度;

　t——时间;　X、Y、Z——坐标系统;　Θ——密度;　с——比热;　Κ——导入系数。

由于对热源形态及所焊工件板厚、传导介质等的假设不同,方程式可有不同形式。在有限元系统中导出的热传递的控制方程为:

{C}[T]+[K]{T}={Q}

式中:{C}——比热矩阵;

　[T]——节点温度的时间导数;　[K]——有效热传导矩阵;　{T}——节点温度向量;

　{Q}——有效的节点热流率向量。由此可对分析的稳态(T项为零)、瞬态、线性和

非线性等类型的问题进行分析,还可进行相变分析

——物态变化、结构分析-以热等。由于使用藕合场单元同时求解,使得耦合复杂热传递和结构问题成为可能,如瞬态热流分析等。

在计算机模拟时,由计算机处理和求解有限元法生成的联立方程组,求解结果不仅写入数据库,而且还写入结果文件。由于求解阶段通常是整个分析计算最集中的部分,所以采用批处理模式比交互式更为理想。

3.后处理

在完成上述工作之后,可通过后处理对结果进行评价,以看到载荷对设计的影响及有限元网格是否合理等。在ANSYS中,通常采用后处理器

前者用于考察POST1和POST26来完成这项工作。

整个模型在特定的载荷步和子载荷步的结果,例如在瞬态分析中,可以显示时间等于100秒时的温度分布情况;后者用于考察模型中任一指定点的一个特定结果项随时间、频率或其他结果项目的变化规律,例如在非线性结构分析中,可以绘制出一个特定节点上的热流对节点位移的曲线图。

后处理器仅是一个用于分析结果的工具,仍需用户用工程的判断能力来分析解释的结果。

结　语

　　运用计算机模拟技术,对焊接热过程进行分析,可有效地指导正确的制定或选择焊接条件,如板厚、接头型式、工艺参数、预热温度等。由于ANSYS程序功能强大,涉及范围广,并且它友好的图形界面(GUI)及优秀的程序构架使其易学易用,该程序还使用了基于Motif标准的易于理解的GUI,通过

命令、用GUI可方便的交互访问程序的各种功能、

户手册和参考材料,并可一步一步地完成整个分析,因而使ANSYS易于使用。同时,ANSYS可与许多先进的CAD软件共享数据,并为广大工业领域的用户提供了分析各种问题的能力,而且它的设计数据接口程序提供了完全与设计数据相关联的分析方案,并通过良好的用户界面完成分析。因此,它在工程界越来越广泛应用。

参考文献

1.吴林著.计算机技术在焊接中应用.哈尔滨工业大学,1987

2.KoichiMasubuchi.焊接中数值分析的应用.国外焊接,1989

3.贾凯著.焊接性分析与焊接工艺参数选择的专家系统.清

华大学硕士论文,1989

4.中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册.机械工业出版社,1995

责任编辑　黄进平　　

《新技术新工艺》 机械加工与自动化　2002年　第1

期

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