读书笔记-无铅微焊点焊接温度场仿真设计

读书笔记一MONEL400合金板焊接温度场有限元分析摘要利用ANSYS有限元分析软件，根据钨极氩弧焊焊接特点，建立了高斯衰减热源模型并在一定厚度、一定焊接工艺条件下对MONEL400合金板焊接温度场进行了模拟计算模拟结果分析得到利用高斯旋转热源在焊接过程中形成了长度为12MM，宽度为7MM，深度为5MM的熔池熔池上表面与下表面温度相差约620，热影响区节点温度随到焊缝中心距离的增加而不断减小模拟结果表明改进后的热源模型与实际焊接较为吻合，有利于提高焊接温度场的模拟计算精度1相关理论焊接温度场对均匀、各向同性的连续介质，其材料特征与温度无关时，在能量守恒的基础上，可以得到热传导微分方程式中，T为温度为材料的热传导系数T为过程进行的时间C为材料的质量比热容为材料的密度Q为单位体积输出或消耗的热能2有限元模型材料选用MONEL400合金，图2为MONEL400合金板焊接有限元模型，模型参数如表1所示，焊接工艺参数见表2焊缝位于焊件宽度1/2处，在焊接过程中，由于焊缝的温度梯度非常大，为了在计算过程中提高焊缝区域温度的精度，该区域的单元划分较为细小，远离焊缝区域的温度梯度较小，单元的尺寸逐渐变大3结果讨论与分析图3为20S时焊件上表面在准稳定时期的温度分布云图，图中单位为熔焊时，在热源的作用下焊条熔化的同时与局部熔化的母材就会形成具有一定几何形状的熔池8经过渡时期后，进入准稳定时期，在这个阶段内，焊接温度场不会发生太大的变化，熔池的形状、尺寸和质量不再变化，只取决于母材的种类和焊接工艺条件，并随热源做同步运动从图中可明显看出，焊接热源最高温度呈现一个正圆的高温斑点，热源中心高温斑点的直径为33MM，最高温度为1979熔池头部呈现大而短，温度梯度很大，而熔池尾部呈现长而窄的分布特点，即双椭圆温度分布，相应的温度梯度逐渐减小其它等温区域向热影响区和母材扩展4结论（1根据氩弧焊电弧特点，建立了高斯旋转体热源，成功实现了对MONEL400合金板焊接温度场的模拟计算得到了熔池的基本形貌特征熔池长度为12MM，熔池宽度为7MM，熔池深度为5MM2模拟结果得到，熔池顶部最高温度与焊缝底部的温差为620，热影响区节点温度随到焊缝中心距离的增加而不断减小1节点的平均加热速度为391/S，加热的最高温度为1979，平均冷却速度为32/S5感言通过阅读本篇论文了解了温度场的计算和公式运用，了解了高斯旋转热源的仿真方法，最有感触的是对温度场分布云图的仿真分析的结果讨论和分析。对温度场仿真优化有了进一步的了解。读书笔记二Q235钢闪光焊温度场有限元分析李海权1,2，高世一1，杨永强1,2摘要为研究Q235钢闪光焊闪光阶段焊件温度场分布，建立了焊接过程中的热电耦合模型，计算过程中考虑了温度对材料相变和热物理特性的影响，得出焊接过程中温度随时间的变化规律，以及沿焊件轴向、径向上温度场的温度分布特点；并采用红外图像实时测温实验验证，结果表明测量结果和计算结果大致相同。1温度场计算过程基本假设为简化求解过程提高计算效率，且不影响求解结果的准确性，在数值模拟中要进行如下一系列假设考虑到焊件的对称性及载荷和温度分布的近似对称性，将其简化成轴对称问题；忽略电极与工件间的接触电阻，两焊件之间的接触电阻假设为一层极薄的实体单元；电极与工件的表面辐射和对流散热用综合表面散热系数计算；假设焊件端面加热为均匀加热。2计算结果及温度场分析闪光全过程时间是31S，图2是各时刻1、2和31S焊件温度场的分布。由计算结果可得出焊接过程中温度场分布的以下特点焊件各截面焊接过程中温温度场分布如图3所示，随着焊接过程进行，焊接件靠近焊接端的一段区域中温度逐渐升高，闪光结束时刻温度最高，且距离闪光端面越近温度越高；闪光热源来自闪光端面，闪光端面温度升高快，由于热传导的滞留，距离闪光端面越远温度升高越慢。3闪光焊温度场检测试验与结果分析红外视图像测温法能获得焊件各位置节点和焊接全过程的温度信息，且不影响焊件的温度分布，响应时间短、测量精度高。比热电偶测温、金相分析、FH法等更能准确测量闪光焊温度场分布。3温度场测量试验本试验采用广州松兴电器公司生产的UN63型闪光焊机完成Q235钢的焊接工艺试验，并采用珠海一多电器公司的YADOE红外热成像双视检测系统测量焊接过程中温度场的变化情况。图6是各个不同时刻T1、2和31S时测得的温度图。将最终测得的各个时刻闪光焊对口端面的温度变化值绘制成曲线图如图7所示。结论（1）在不同峰值温度下的热循环试验中，峰值温度为1000时的晶粒组织最为细化均匀；峰值温度为620及750时的组织与未做热循环处理的材料相似，为贝氏体组织；峰值温度为850时有析出相析出，组织为贝氏体；1200时晶粒开始粗大，组织为贝氏体且有少量马氏体。（2）峰值温度为620、750、1000时为韧窝断裂，1000的断口的韧窝最小且均匀，620及750次之；峰值温度为850时的断口部位较为平坦，韧窝少，韧性下降；峰值温度为1200时基本没有韧窝，为解理断裂，韧性最差。读书感言作者对为研究Q235钢闪光焊闪光阶段焊件温度场分布建立了模型并计算了温度对材料相变和物理特性的影响，得出焊接过程中温度随时间的变化规律。思路明确，条理清晰，非常适合作为我的论文参考对象。读书笔记三器件激光软钎焊温度场的建模与仿真刘炜，周德俭摘要为了解决不同工艺参数组合下激光焊接器件后其器件的温度场分布问题，选取激光焊接有效功率、时间和光斑面积个工艺参数，采用有限元软件，特定器件激光软钎焊温度场的分布进行模拟。仿真结果表明激光焊接有效功率、光斑面积与焊点处的最高温度几乎为线性关系，焊接时间与焊点处的最高温度为正相关关系且切线斜率逐渐减小；当焊接有效功率为，焊接时间为，光斑面积为，封装体、印制板、焊点温度最高分别可达、。仿真结果为激光软钎焊工艺参数的预选提供参考，并为相关产品激光软钎焊的综合参数优化打下基础。激光软钎焊温度场的建模有限元软件提供了强大的热分析计算功能，可处理热传递的传导、对流和辐射种基本类型。热传递的种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。一个典型的分析过程通常包括个步骤模型创建，加载求解，结果分析。几何模型在建模过程中，实物模型是型号为（引脚数为，整个器件面积为）的器件焊接在印制板上的组件。因此，在中几何模型包含印制板、焊盘、焊点、引脚、封装体部分。为了减少计算机的计算量、缩短计算时间，在不影响仿真结果的情况下，采用实物模型的（见图）进行仿真。有限元模型焊接过程的物理现象很复杂，焊接热源较集中，导致温度梯度变化较大。在进行有限元网格划分时，采用自由网格划分方法。提供了多种单元用于模拟不同方面的热问题。模拟三维热传导的单元类型是，它有个节点，每个节点有自由度（温度），并且可用于稳态热分析和瞬态热分析。是一个有个节点的三维热实体单元，是的高阶形式，尤其适合模拟曲边。构建有限元模型时，在焊点、引脚、焊盘处采用单元，封装体和印制板采用单元。图所示为网格划分后的有限元模型。热物理性能焊接过程是非线性且瞬态的，材料的热物理性能在焊接过程中随温度剧烈变化，同时还存在熔化和相变时的潜热效应。模型中的焊点为焊接完成后的焊点形态，仿真没有考虑焊料从熔化、冷却成型到焊点过程中材料参数随温度的变化。在焊接模拟时，只虑材料各物理性能参数不随温度变化的情况。表为模型中相关材料的热物理参数。热源模型对于激光焊接温度场的数值计算，一般采取与电弧焊类似的处理方法，常将热源看成点热源或面热源，面热源的能量密度分布主要为高斯热源分布或圆形光斑内的均匀分布。在进行激光焊接仿真时，采用高斯热源模型加载和求解在有限元模型加载时，除了截面与如图所示第一个引脚面由于对流影响小的原因不加对流载荷外，其他面上均加载对流载荷，并且还在第一个引脚面上加载热流密度载荷。为了加载方便，将高斯热源所表示的半径为的圆形面积上的热流密度载荷等效为激光所照引脚面上的热流密度载荷。其等效方法为在一个二元函数表示的曲顶柱体中，必然存在一个介于最高点和最低点的点，过该点可以作一个与底面平行的平面，截曲顶柱体侧面所形成的柱体体积与原来的曲顶柱体体积相等读书笔记本文详细地对器件激光软钎焊温度场的建立和仿真进行了分析，特别是对模型的建立，然后对材料的加载和求解对我的帮助很大。对高斯热源模型的使用有了进一步的认识。读书笔记四TA15钛合金焊接温度场的仿真模拟分析中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司苏杭常荣辉倪家强杨磊1几何模型的建立针对20的TA15钛合金对接接头建立了数学模型，并进行了网格划分，如图1所示。2高斯热源模型的建立焊接时，电弧热源把热能传给焊件是通过一定的作用面积进行的，这个面积称为加热斑点。加热斑点上热量分布是不均匀的，中心多而边缘少，将加热斑点上的热流密度分布近似地用高斯数学模型来描述，高斯热源模型的热源分布如图2所示。3焊接温度场模拟结果及分析用ANASYS模拟软件进行计算，得到平板对接接头的焊接温度场的分布。观察平板结构温度场分布云图可以发现，随着热源向前移动，温度场分布不断发生变化，熔池随热源一起移动，热源前方的等温线相对密集，温度梯度较大；热源后方等温线较稀疏，温度梯度较小。通过特定节点的热循环曲线可以分析整个焊接和冷却过程中平板结构不同位置点温度的变化。图3是采用高斯热源加载计算得到的平板结构上表面垂直于焊缝方向上5个节点的热循环曲线，节点坐标分别为（0，003，0）、（0002，003，0）、（0003，003，0）、（0006，003，0）和（001，003，0）。从图3热循环曲线可以看出，由于焊接具有极高的加热速度，因此曲线上升速度极快，温度迅速达到峰值，且距焊缝越近的点温度上升越快，峰值温度越高。在冷却阶段，温度下降相对缓慢。4接热循环曲线试验验证用试验构件尺寸为平板200MM100MM2MM，平板结构焊接热循环曲线测试结果与模拟比较如图4所示。通过分析，测得的焊接热循环曲线变化趋势与模拟所得结果大体一致，平板结构测得的峰值温度较模拟结果略低。在冷却过程中，模拟曲线比测试曲线温度下降快，这是由于模拟冷却过程中设定的散热系数是一个固定值，而实际过程中，散热系数是随着温度的降低而减小的。综上所述，测量结果与模拟结果比较吻合，说明了模拟计算的正确性。5结论（1）本文针对20MM的TA15钛合金对接接头，采用高斯热源对焊接温度场进行了模拟计算，并对温度场的分布情形进行了分析，得出热源前方的等温线相对密集，温度梯度较大；热源后方等温线较稀疏，温度梯度较小。（2）对模拟计算获得的热循环曲线进行了试验验证，测得的焊接热循环曲线变化趋势与模拟所得结果大体一致，说明了模拟计算是正确的。读书感言通过阅读本篇论文，对高斯热源模型的建立有了进一步的加强，对高斯热源模型模拟得到的热循环曲线的分析非常值得学习和借鉴，虽然这篇论文篇幅不长，但短小精悍，于实验结果的比较也是添加了信服力。读书笔记五不锈钢平板焊接过程的温度场模拟袁训锋，柯昌珍，陈武彦，田敏摘要以厚大不锈钢平板件作为焊接材料，采用直接差分法求解热传导方程，运用C语言编写模拟程序，再现焊接过程中的温度场分布，研究了热量集中系数对温度场分布及热影响区的影响。结果表明焊接过程中，在移动热源前方等温线较密集，热源后方等温线较稀疏，以焊接点为中心，热扩散层呈辐射状。随着热量集中系数K的增加，材料的最高温度和最低温度均升高，热影响区域面积减小。焊接是涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。采用理论方法分析将遇到巨大的数学困难，采用传统试验方法研究无法揭示焊接过程的物理本质，数值模拟技术能够克服理论分析和传统试验研究所遇到的困难，已经成为研究焊接过程的重要工具。在焊接过程数值模拟的发展中，GOLDAK1针对激光焊接、电子束焊接，焊接电弧的穿透作用而不考虑电子束，提出一个半球形的源分布函数，建立了焊接过程数值模拟的热源模型。薛忠明2等在激光小孔传热模型的基础上进行深度的分析，将移动线热源条件下的稳态温度场与高斯分布热源下的温度场二维瞬态有限元分析结果进行对比。曾祥呈3等利用APDL编写程序，模拟了激光焊接过程中的焊接原材料表面温度场的变化。王希靖4等建立了搅拌摩擦焊的热输入模型，借助ANSYS有限元工具，再现了铝合金薄板搅拌摩擦焊过程的温度场，获得了温度场空间分布随时间的变化规律。热量集中系数对温度分布的影响不同热量集中系数焊接时间为20S时材料整体温度场分布如图4所示。从图中可以看出，在热量集中系数K0005CM2条件下，此时焊枪位于焊接材料右端位置，在整体形成楔形热影响区。在焊枪的近邻区域颜色深、温度高，以焊接点为中心，热扩散层呈辐射状，较远区域颜色浅、温度低。材料最高温度为311K，最低温度为295K，以焊接点为中心，热扩散层呈辐射状，热影响区域面积占据整个面积3/4以上。此时，材料最高温度未达到熔点温度，材料未能熔化无法达到焊接连接的目的，如图4A所示；随着热量集中系数K的增加，颜色较深的高温区域逐渐变小，材料最高温度和最低温度均升高，热影响区域面积减小，如图4B、4C所示；当热量集中系数K5CM2时，热源位置不变，在整体形成楔形热影响区明显变小，热源近邻位置深颜色高温度区域减小，以焊接点为中心，呈现的热扩散层辐射状区域缩小。材料最高温度达到1800K，高于材料的熔点温度，焊接材料能够充分熔化从而达到焊接连接的目的，热影响区域面积减少到整体面积的1/4左右。因此，对于熔点较高的材料应该选择增加热集中系数，使得焊点附近材料融化的更加充分。读书感言作者对不锈钢平板焊接过程进行了温度场模拟，利用ANSYS对不锈钢平板进行了计算模型，选择参数值，网格划分，分析了焊接过程中不同时刻的温度分布。以及热量集中系数对温度分布的影响。读书笔记六焊接温度场和应力场的数值模拟王长利沈阳工业大学沈阳，110023，中国焊接是一个涉及电弧物理，传热，冶炼和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热、金属的融化和凝固、冷却时的相变、焊接盈利和变形等。系统论述了焊接过程的有限元分析理论，并结合数值计算方法，对焊接过程产生的温度场、应力场惊醒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盈利场的模拟分析方法，并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。主要研究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，解决材料的融化、凝固问题；对焊缝金属的融化和凝固进行了有效模拟。解决了惊醒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。焊接温度场的研究历史和发展焊接温度场的准确计算或者测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。关于焊接热过程的分析，苏联科学院RYKALIN院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。为求热传导的微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而传导传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的融化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得的解与实际测定有一定的差距。尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。数值方法概述和有限元模拟软件简介数值方法概述解析方法是直接应用现有的数学理论和定律去推导和演绎数学方程得到用函数表示的解，也就是解析解。解析法的优点是物理概念和逻辑清晰，所得到的解比较精确差分法差分法的基础是用差商来代替微商，相应地把微分方程变为差方程来求解。求解时必须对求解域离散化，这样微分方程和边界条件的求解就归结为求解一个线性方程组，得到数值解。有限元法有限元法是适应使用计算机二发展起来的一种有效的数值方法。能成功用来求解其他工程领域的许多问题，几乎适用于求解所用的连续介质和场的问题。有限元方法是将连续的物体离散化，分解为由有限个单元组成的模型，即进行网格划分，进行对离散化模型求数值解。主要优点是1概念清晰，容易掌握。2有很强的灵活性和适用性，应用范围极其广泛。3采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序。主要内容1解决了高斯热源的移动问题，并以其为热源模拟计算焊接温度场，讨论了焊接规范对温度场的影响。2解决材料非线性问题，及材料性能参数随温度的变化。3用改变单元属性法模拟金属熔敷问题。4用间接法模拟计算焊接温度场，模拟了焊接过程动态应力的变化。焊接温度场的分析理论在焊接过程中，焊接热输入和热传导对冶金过程、固态相变、组织性能和应力应变等都有重要的影响。焊接时一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。随着热源的移动。整个焊接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，同时还存在熔化和相变的潜热现象。因此，焊接温度场分析属于典型的非瞬态热传导问题。高斯函数分布的热源模式焊接时,电弧热源把热能传给焊件是通过一定的作用面积进行的,这个面积成为加热斑点。加热斑点上热量分布是不均匀的,中心多而边缘少。加热斑点上的热流密度分布可以近似地用高斯函数来描述,如下图。热源模型的选取通常解析方法较简单,意义明确,易算,但由于它的假设太多,难以提供在熔合线、热影响区处的精确计算结果,而且考虑不到电弧力对熔池的冲击作用。采用有限元或有限差分法,应用高斯分布的表面热流分布函数计算,可以引入材料性能的非线形,可进一步提高高温区的准确性,但仍未考虑电弧挺度对熔池的影响。从球状、椭球、双椭球热源分布,每一种方案都比前一种方法更准确,但也伴随着计算量的增加,使这些热源分布函数更利于应用有限元法或差分法在高速计算机上进行计算。而且实践也证明能得出较满意的模拟结果。对于通常的焊接方法如手工电弧焊、钨极氢弧焊,采用高斯分布的函数就可以得到较满意的结果。对于电弧冲力效应较大的焊接方法,如熔化极氢弧焊和激光焊接,常采用双椭球形热源分布函数。为求准确,还可将热源分成两部分,采用高斯分布的热源函数作为表面热源,焊件熔池部分采用双椭球形热源分布函数作为内热源。时间步长的设置通常对计算精度有很大影响,步长越小,计算越精确,但过小的时间步长需要很大的计算机容量和很长的计算时间。在焊接过程中一般时间步长应控制在左右,在冷却过程中,可逐步增大时间步长。边界条件的设置进行加载时,高斯热源以热流密度的形式作用于焊件表面,但同时还存在对流,如果在同一平面上加两种不同性质的载荷,后加的载荷会覆盖前面的载荷。所以在加载表面生成表面效应单元,热流密度加在焊件平面节点上,对流作为边界条件加在表面效应单元上。热源的移动热源移动可以采用两种方法实现利用参数设计语言编写子程序,依次读取所要加载表面的节点坐标,利用数组和函数功能,定义好相应节点位置的面载荷值,然后通过循环语句在节点上施加面载荷。具体做法是沿焊接方向将焊缝长度分为段,将各段的后点作为热源中心,加载高斯分布的热源,每段加载后进行计算,每一个载荷的加载时间为。当进行到下一段加载计算时,须消除上一段所加的高斯热流密度,而且上一次加载计算的温度值作为下一段加载的初始值。如此依次循环即可模拟热源的移动,实现焊接瞬态温度场的计算。利用软件的函数加载功能,在每个载荷步内,以热源中心点,为中心,按高斯热源的变化在面上加载,随着热源的移动每个载荷步内的,也相应的改变产一一十一,这样通过控制,使其随时间变化,也就是随载荷步变化,就可以模拟热源的移动。冷却过程的计算冷却阶段的计算比加热阶段简单。因为加热阶段己经检验过焊接温度场的各影响因素,并进行修正,而且冷却阶段温度梯度较加热时小,采用加热阶段相同的时间步长为载荷步时,计算比较容易收敛,所以不必要进行检验各种影响因素。因为进行加热时定义的对流等边界条件还存在,所以只需要命令,定义进行瞬态分析的下域,温度梯度变化相对较小,可以采用相对稀疏的网格。要获得一个良好的瞬态焊接温度场,一般来说焊缝处的单元网格应控制在以下。对于三维规则的模型,一般先建立一个二维的映射网格,在通过拉伸的方法获得排列规则的六面体单元,这有利于载荷的施加。载荷施加和求解热分析的载荷主要有温度、对流、热流密度和生热率。对于焊接热源载荷,在中可以用热流密度或生热率两种形式加载。对于表面堆焊问题,忽略熔敷金属的添充作用时,将热源以热流密度的形式施加载荷,可以得到比较满意的结果。但对于开坡口的焊缝或添角焊缝等,应将热源作为焊缝单元内部生热处理,以生热率的形式施加载荷,同时考虑金属的填充作用,运用生死单元技术,逐步将填充焊缝转化为生单元参与计算。设定载荷步选项在瞬态分析中,施加的载荷是随时间变化的。对于每一个载荷步,必须定义载荷值和时间值,以及载荷的增加方式渐变或阶越。在非线性分析中,每一个载荷步需要多个子步,在热分析中,根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始步长了了写占式中为沿热流方向热梯度最大处的单元长度为导热系数那为了保证计算的稳定性和收敛性,可以做如下设置采用即全牛顿一一拉普森方法,每进行一次平衡叠代,就修正一次刚度矩阵,同时激活自适应下降功能打开自动时间步长打开时间步长预测从系统中输入实体模型。本文采用第一种方法,用自底向上的方法构造模型。即先定义最低级的关键点,再定义次高级线、面,最后通过拖拉等命令形成高级的三维体模型。定义单元类型单元库中有多种类型。在单元选择时,用户要根据分析问题的物理性质去选择单元,单元一旦选定,也就确定了所分析问题的物理环境。用于热分析的单元主要有二维的、卫,三维的、,以及藕荷场的。本文采用作为热分析的单元当进行结构分析时转为。定义材料属性材料属性是与几何模型无关的本构关系,如弹性模量、泊松比、密度等。根据分析问题的物理环境不同而有所区别,如在结构分析中,必须输入材料的弹性模量、泊松比、密度等。在热分析中材料属性主要包括导热系数、比热、热焙、换热系数等。由于焊接温度场的模拟计算属于非线性瞬态热分析,所以必须给出这些热物理性能参数随温度变化的数值。一般高温时的材料热物理性能参数比较缺乏,但可以通过实验和插值的方法获得。网格划分提供两种网格划分方式自由网格和映射网格。自由网格对单元形状没有限制,生成的单元也不规则。映射网格则要求一定规则的形状,且映射面只包含四边形或三角形,映射体网格只包含六面体单元。映射网格生成的单元比较规则,有利于载荷的施加和收敛的控制。在有限元分析中,一般来说,增加划分网格的密度可以提高计算结果的精确性,但网格密度的增加意味着计算量的增大,计算成本会上升。同时网格的密度也不能无限制的上升,一般以保证计算结果的精度在用户控制的范围即可。在实际应用用,一般对最感兴趣的区域采用较密的网格,远离这个区域可以用较稀疏的网格。在焊接过程中,焊缝和热影响区的温度梯度变化很大,所以该部分要采用加密的网格而远离焊缝的区接过程温度场模拟分析热分析分为稳态热分析和瞬态热分析两种。焊接过程是个局部快速加热到高温,并随后冷却的过程,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,焊接温度场分析以及引起的应力场分析都属于高度的非线性瞬态分析过程。瞬态热分析主要有三个步骤前处理印包括定义单元类型、输入材料热物理属性、创建几何实体模型、设置网格单元尺寸、生成有限元模型施加载荷和求解包括定义分析类型、设定载荷步选项、设置边界条件、求运算。后处理提供两种后处理方式通用后处理,可以对模型的某一时刻的结果数据列表或图形显示。时间一历程后处理口几,可以列表或图形显示模型中某一点随时间的变化结果。下面分别对焊接温度场和应力场的计算加以介绍、前处理建模有限元模型的主要要素是节点、单元、实常数、材料的属性、边界条件和载荷。有限元模型是由简单的单元组成,单元之间通过节点来连接,并承受一定的载荷。从模型的内容来分,可分为实体模型和有限元模型。软件建模主要有下列三种方法创建一个实体模型,通过划分网格生成有限元模型直接生成有限元模型一步载荷步,定义载荷步,以及相应的载荷步时间,删除内热源,即可计算,该过程可以手动完成,也可以在这个过程定义循环进行计算。最后保存计算结果,它的功能主要在进行焊接应力场计算时,从保存的文件中读取节点温度,并且当结构单元转化为热单元时,可以从后处理中通过节点温度的大小来控制单元的“生死”以及改变单元属性。温度场后处理进行焊接温度场模拟的精度判断温度场准稳态为随着热源的移动,热源周围的温度分布很快变为恒定的,位于热源中心的观察者,当热源移动时,不会注意到它周围的温度变化。在后处理时,通过判断热源在不同时间时的温度场,可判断是否为准稳态。如果是准稳态,则说明网格和载荷步划分得够细,达到计算的精度要求。如果不是准稳态,则需要修改网格和载荷步再重新计算。根据焊接温度场的特点,通过焊接热后方的温度场,与数值解进行比较,可先后判断导热系数入是否合理,如不合理则到前处理修改导热系数入,然后重新计算。如果合理则进行冷却阶段的计算。上面提到的焊接温度场模拟的精度判断,以及整体的判断计算过程是不是真的达到模拟的要求,都离不开后处理。以及其它的通用有限元软件都提供可视化的后处理功能。后处理提供云图、动画等较直观的结果显示,并且在云图上还可以点取一些点并显示它的数值大小。另外一个较强大的功能是可以通过路径输出结果,即按某一规律变化定义一系列点或者点击所要选取的点,那么这些有规律变化点的结果通过曲线或云图显示,对于看某条曲线上的计算结果很方便。同时还可以剖开物体查看物体内部节点的计算结果。同时通过后处理,可以通过动画显示焊接过程温度的变化,更直观的了解焊接热源的移动过程。同时通过焊接温度场的计算结果控制单元的“生死”,以及材料属性的变化还需要通过温度场后处理进行控制。总结通过阅读本篇论文，了解了焊接温度场的原理，发展历史和发展现状，通过ANSYS软件来对焊接温度场进行的分析感受良多，受益匪浅。同时也学习到了如何利用高斯公式一级热源模拟计算焊接温度场。通过本次阅读对于自己的论文有了大体的思路。读书笔记七基于ANSYS的真空玻璃激光焊接温度场分析刘峻，朱敏红摘要文章运用有限元分析软件ANSYS模拟分析真空平板玻璃激光焊接的成型过程，分析真空玻璃激光焊接过程中温度场的变化状况，找到了温度场变化的规律，即热源加载完成后，玻璃基材随热源升温的速度非常不均匀，靠近焊料的部分温度变化较大，远离焊料的部位没有变化，热量沿垂直玻璃面的Z方向温度梯度变化较大，且热量向四周对流散热量较多，向内部传递热量较少。真空玻璃有限元模型的建立研究发现，在影响真空平板玻璃焊接性能的诸多因素中，热量的输入是其中的重要因素。实验证明，输入的热量越小，可以精确控制热源性质，相应焊接时的热影响区的热膨胀量就越小，焊接时产生的残余应力越小，焊接过程中不易产生因受热不均造成的破碎现象。ANSYS有限元分析软件是一种功能强大的分析软件，融优化、结构、热、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可以运用ANSYS进行真空玻璃激光焊接过程中的温度场模拟，得到温度场分布图，并分析温度场对焊接性能的影响。用ANSYS软件对温度场进行瞬态分析，需要合理定义材料属性及建立有限元模型。材料属性定义温度场计算属于瞬态非线性传热问题，需要先给定导热系数、比热容、换热系数、密度以及随温度变化值。三种材料的材料属性参数见表1。建立有限元模型首先，运用ANSYS构建正方体玻璃板、长方体焊料和圆柱体支撑柱。在建成几何图形后，采用等分线方式对几何模型中的线进行合理等分，在完成等分线段后，按照由小到大、由规则图形到不规则图形的方式对进行网格划分，网格划分时采用扫略的方式进行。完成网格划分的有限元模型如图2所示，其中有单元286666个；由图可以看出，距焊料较近处网格、支撑柱周围部分的网格划分的比较均匀细密，而远离焊缝处的部分网格划分较为粗大、较稀疏一些。由于用于分析真空玻璃的模型尺寸较小，适宜采用实体建模，且模型及计算量都不是很大，计算机能够实现求解，所以选用SOLID70作为热分析玻璃基材、封边焊料、支撑柱等组成的有限元模型的分析单元。激光焊接温度场分析真空玻璃激光焊接采用的工艺参数为激光能量为10J，脉冲宽度10NS，光斑直径2MM。首先需要对整个模型进行预热，然后用激光对的模型四边涂有焊料的部位进行加载，用ANSYS软件计算得到的焊件上各点的温度云图如图3所示，其中焊料部位的温度最大为500。可知，玻璃基材随热源升温的速度非常不均匀，靠近焊料的部分温度变化较大，远离焊料的部位没有变化。阅读感言作者利用ANSYS对真空玻璃激光焊接温度场进行了有限元分析从有限元模型的建立，到材料属性的定义加载，得出温度场分布云图，再对温度场进行了分析，对温度梯度的改变有了明确的描述。读书笔记八基于ANSYS钢结构的焊接温度场仿真分析李波（吉林广播电视大学辽源分校，辽源136200）本文基于有限元法，利用ANSYS软件成功地模拟316L不锈钢动态焊接过程，基于ANSYS/MECHANICAL模块，实现了钢结构TIG焊接过程整体温度场的模拟；根据磁流体动力学和电磁学理论，基于ANSYS/FLUENT模块建立焊接电弧模型模拟了焊接熔池的温度场和速度场。为提高计算精度，定义了随温度变化的材料热物理性能参数。模拟结果发现电弧温度场呈典型的钟罩形分布，并且在弧柱附近呈现比较平缓的变化趋势，模拟结果与许多文献中描述的实验结果基本吻合，验证了该模拟的可靠性。1试验方法与材料本文选择316L不锈钢作为实验材料，试验所用材料的化学成分见表1，焊接试样为50MM50MM4MM的钢板，焊接方式采用对接。为提高计算精度定义了随温度变化的材料热物理性能参数，如图1所示。2模型描述热源模型TIG焊接是一个涉及热传导、对流和融化凝固等许多热物理化学现象、高度非线性的瞬态热传递过程。为便于建立模型、提高计算精度和节约计算成本，本文对TIG热模型作了如下假设1）将焊接过程中的辐射散热部分等效到工件与周围环境的对流散热；2）忽略焊接母材的各向异性，同时定义了随温度变化的材料热物理性能参数（如图1所示）；3）在焊接模型建立中忽略相变潜热对温度场的影响。其热传导控制方程为式中T为温度；T为时间；为密度；为导热系数；C为材料定压比热容；Q为体热源热流密度。3结果和讨论图2所示焊接速度为24MM/S稳定焊接阶段的有限元计算结果。从图2知在316L不锈钢TIG焊接过程中热影响区较小，焊缝附近的温度场梯度较大；而在热源后部温度场的等温线分布较为稀疏，导致温度梯度较小；在热源前部温度场等温线分布相对密集，导致温度梯度大。究其原因是热源的移动和热惯性导致热源前后部有明显不同的温度分布，因此在热源前部附近温度梯度相对较大。随着热源的移动，相邻位置的金属经历不同的热循环史，热源后方的熔融金属开始冷却凝固并逐渐形成焊缝，而恢复弹性对后冷却的焊缝金属产生拘束作用，这是诱导残余应力变形产生的一个重要原因。如图3所示为在不同电流参数下，TIG焊接电弧温度场和速度场分布结果。从图中可以明显发现，在焊接阴极区域附近有相对较大温度梯度的存在，而在阳极区域附近的温度梯度相对较少；图3（A）和图3（C）分别是焊接电流为100A和200A时焊接熔池的温度场分布云图，从以上两图中均可发现，其熔池内的温度场呈典型的钟罩形分布，并且在弧柱附近呈现比较平缓的变化趋势，这与文献3中描述的实验结果是比较一致的，从而证明了该模拟的可靠性，此外，通过对比图3（A）和涂3（C）可以发现，随着电流的增大，其熔池也随之增大，同时熔池温度也相应增大。4结论本文基于有限元法，利用ANSYS软件成功地模拟了316L不锈钢动态焊接过程，同时为提高计算精度，定义了随温度变化的材料热物理性能参数，得到结论如下1）基于ANSYS/MECHANICAL模块建立TIG焊接热源模型实现了TIG焊接过程整体温度场的模拟，模拟结果发现，在不锈钢TIG焊接过程中热影响区较小，焊缝附近的温度场梯度较大；而在热源后部温度场的等温线分布较为稀疏，导致温度梯度较小；在热源前部温度等温线分布相对密集，导致温度梯度大。2）根据磁流体动力学和电磁学理论，基于ANSYS/FLUENT建立TIG焊接电弧模型实现了焊接熔池的传热和流体流动过程的模拟，其电弧温度场呈典型的钟罩形分布，并且在弧柱附近呈现比较平缓的变化趋势；同时，其焊接熔池大小、熔池温度以及电弧等离子体的流动速度也随着电流的增大而增大，模拟结果与许多文献中描述的实验结果基本吻合，验证了该模拟的可靠性。5阅读感言本篇论文对基于ANSYS钢结构的焊接温度场仿真分析进行了讨论，其中值得学习的地方有对材料的分析处理和选择，对模型的建立介绍的不是很详细，对于模型构造公式有些启发，特别是电弧模型是我没有考虑到的。最后对于焊接温度场分布图的分析非常详细，也很到位，非常有帮助。读书笔记九基于APDL的双丝高速焊瞬态温度场仿真董克权,刘超英,陈英俊摘要根据叠加原理推导出双丝焊的高斯热源计算公式,建立适当的有限元模型,对双丝高速焊接过程中温度场的瞬态变化进行动态仿真用ANSYS软件的APDL语言编写程序,采用表数组存储热流密度矩阵,形成统一的面载荷,实现焊接热源的移动最后给出焊接熔池的仿真结果双丝焊高斯热源模型有关试验研究表明,高斯热源模型能够表征焊接电弧的热流分布特征2双丝焊高斯热源模型如图1所示图中,O1、O2分