焊接溫度場模擬試驗(yàn)試驗(yàn)

1、焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：專業(yè)班級：材成124班指導(dǎo)教師：朱政強(qiáng)實(shí)驗(yàn)評分：實(shí)驗(yàn)有限元法模擬焊接【試驗(yàn)?zāi)康摹苛私庥邢拊ǖ幕驹硎煜NSYS有限元模擬軟件的基本操作掌握利用ANSYS進(jìn)行焊接溫度場模擬的基本過程實(shí)驗(yàn)原理有限元法是適應(yīng)使用計(jì)算機(jī)而發(fā)展起來的一種有效的數(shù)值方法。它是將連續(xù)的物 體離散化，分解為有限個(gè)單元組成的模型，即進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)而對離散化模型 求數(shù)值解。本實(shí)驗(yàn)利用有限元軟件ANSYS模擬焊接溫度場，基本過程如圖所示；【實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料】有限元軟件ANSYS 一套計(jì)算工作站【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】模擬的焊件是在200mmX200mmX2mm的Q345平板中間直接用電弧加熱進(jìn)行

2、焊接， 保證熔透。ANSYS有限元分析可采用用戶界面和APDL語言兩種方式，APDL語言更加靈活簡 便，通過修改命令流中部分參數(shù)可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模不同結(jié)構(gòu)、不同材料的情況進(jìn) 行模擬。本實(shí)驗(yàn)前處理和求解計(jì)算部分采用APDL語言，后處理階段可采用界面 操作。前處理前處理階段主要包括建立幾何模型、設(shè)置材料屬性和劃分網(wǎng)格。其中設(shè)置比 熱、導(dǎo)熱系數(shù)、換熱系數(shù)等熱物理性能隨溫度變化的值對計(jì)算十分重要。Q345 鋼的密度為7850kg/m3,其他隨溫度變化的具體數(shù)值列于表下；Q345材料的材料性能參數(shù)溫度/C比熱容/J.(kg. C)-1導(dǎo)熱系數(shù)/W.(m.K)-1換熱系數(shù)/W.(m2.C)-120447.2

3、53.61.336100479.751.16.68200525.048.213.36500608.538.733.4700735.031.171.151000599.830.3148.91200625.928.8195.11500634.034.2264.4250082014.2379.9計(jì)算中選用solid70單元，（SOLID70具有三個(gè)方向的熱傳導(dǎo)能力。該單元有 8個(gè)節(jié)點(diǎn)且每個(gè)節(jié)點(diǎn)上只有一個(gè)溫度自由度，可以用于三維靜態(tài)或瞬態(tài)的熱 分析。該單元能實(shí)現(xiàn)勻速熱流的傳遞。假如模型包括實(shí)體傳遞結(jié)構(gòu)單元，那 么也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，此單元能夠用等效的結(jié)構(gòu)單元代替（如SOLID45單 元）該單元存在一個(gè)

4、選項(xiàng)，即允許完成實(shí)現(xiàn)流體流經(jīng)多孔介質(zhì)的非線性靜態(tài) 分析。選擇了該選項(xiàng)后，單元的熱參數(shù)將被轉(zhuǎn)換成相類似的流體流動參數(shù)， 例如溫度自由度將變?yōu)榈刃У膲毫ψ杂啥取＃┎捎糜成渚W(wǎng)格劃分即劃分單元 為六面體單元。焊縫和熱影響區(qū)網(wǎng)格較密，約為2mm,遠(yuǎn)離焊縫區(qū)網(wǎng)格相對稀 疏，劃分網(wǎng)格后共有12000個(gè)單元，16564個(gè)節(jié)點(diǎn)。求解過程后處理后處理采用界面方式操作。界面中ANSYS Main Menu菜單中General Postproc為 通用后處理，其中包含多項(xiàng)查看某一時(shí)刻結(jié)果分布的選項(xiàng)，包括顯示某一路徑上 結(jié)果分布。TimeHist Postpro為時(shí)間歷程后處理項(xiàng)，可顯示某一節(jié)點(diǎn)的溫度隨 時(shí)間的變化過程?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析】根據(jù)模擬結(jié)果，提取整個(gè)焊件在任意時(shí)刻的溫度場，焊件上某些路徑在任意時(shí)刻 溫度分布，焊件上任一點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線。根據(jù)得到的模擬結(jié)果，觀察熱源 移動過程?！締栴}與討論】（1）有限元模擬焊接的基本過程是什么？a.有限元模型的建立；b.溫度場計(jì)算；c.應(yīng)力應(yīng)變場計(jì)算；d.計(jì)算結(jié)果分析； e.結(jié)論。（2）根據(jù)模擬結(jié)果，討論溫度場如何分布。焊接過程有限元模擬涉及到熱分析和應(yīng)力分析，實(shí)際上，熱源一施加，便產(chǎn)生溫度場，與此 同時(shí)，也產(chǎn)生了焊接應(yīng)力。焊接過程中