焊接變形的數(shù)值模擬分析方法

焊接變形的數(shù)值模擬分析方法匯報人：XX2024-02-06CONTENTS焊接變形概述數(shù)值模擬方法簡介焊接熱源與熱邊界條件設(shè)置材料性能參數(shù)與模型建立焊接過程模擬與結(jié)果分析數(shù)值模擬結(jié)果驗證與應(yīng)用拓展焊接變形概述01焊接過程中，由于局部加熱和冷卻作用，導(dǎo)致焊件形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象。焊接變形定義根據(jù)變形特點和表現(xiàn)形式，焊接變形可分為縱向收縮變形、橫向收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。焊接變形分類焊接變形定義與分類熱脹冷縮焊接過程中，局部加熱導(dǎo)致材料膨脹，而周圍較冷區(qū)域則限制其膨脹，從而產(chǎn)生應(yīng)力；冷卻時，已膨脹部分受周圍區(qū)域約束不能自由收縮，進(jìn)而產(chǎn)生變形。不合理的焊接順序和方向可能導(dǎo)致熱量分布不均，進(jìn)而引發(fā)變形。材料的熱物理性能和力學(xué)性能對焊接變形有重要影響，如熱導(dǎo)率、比熱容、彈性模量等。不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可能增加焊接變形的傾向，如焊縫布置、構(gòu)件截面形狀等。焊接順序與方向材料因素結(jié)構(gòu)設(shè)計焊接變形產(chǎn)生原因焊接變形可能導(dǎo)致構(gòu)件尺寸偏離設(shè)計要求，降低制造精度。變形嚴(yán)重的構(gòu)件在裝配時可能產(chǎn)生較大間隙或無法對齊，影響裝配質(zhì)量。焊接變形可能導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，降低其承載能力和使用壽命。對焊接變形進(jìn)行修復(fù)可能需要額外的工時和材料成本，增加生產(chǎn)成本。降低尺寸精度影響裝配質(zhì)量削弱承載能力增加修復(fù)成本焊接變形對結(jié)構(gòu)影響數(shù)值模擬方法簡介02基于變分原理和加權(quán)余量法有限元法以變分原理和部分插值為基礎(chǔ)，將連續(xù)的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示求解域上待求的未知場函數(shù)。單元剖分與插值函數(shù)將連續(xù)體劃分為有限個單元，并在每個單元中設(shè)定有限個節(jié)點，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點處相連接的一組單元的集合體；同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律。離散化方程組的求解通過單元分析、總體合成等步驟，將問題轉(zhuǎn)化為等效的節(jié)點力平衡方程組，然后利用數(shù)值方法求解得到場函數(shù)的近似解。有限元法基本原理差分代替微分有限差分法將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限的網(wǎng)格節(jié)點代替連續(xù)的求解域，將偏微分方程中的微分用網(wǎng)格節(jié)點上的函數(shù)值的差商代替進(jìn)行離散，從而建立以網(wǎng)格節(jié)點上的值為未知數(shù)的代數(shù)方程組。邊界條件的處理在有限差分法中，邊界條件可以通過對差分方程進(jìn)行修正或調(diào)整來滿足。迭代求解過程通過迭代方法求解代數(shù)方程組，得到網(wǎng)格節(jié)點上的函數(shù)值，進(jìn)而得到整個求解域上的近似解。有限差分法基本原理要點三只在邊界上劃分單元邊界元法是一種繼有限元法之后發(fā)展起來的一種新型數(shù)值方法，與有限元法在連續(xù)體域內(nèi)劃分單元的基本思想不同，邊界元法只在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數(shù)去逼近邊界條件。要點一要點二邊界積分方程的建立通過邊界上的單元和節(jié)點信息，建立邊界積分方程，將問題轉(zhuǎn)化為邊界上的積分計算問題。求解域內(nèi)任意點的場函數(shù)值通過求解邊界積分方程得到邊界上的場函數(shù)值后，可以利用已知的邊界條件求解域內(nèi)任意點的場函數(shù)值。要點三邊界元法基本原理無網(wǎng)格方法01無網(wǎng)格方法是一種新興的數(shù)值計算方法，它不需要預(yù)先定義網(wǎng)格，而是基于點云數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。這種方法在處理大變形、斷裂、沖擊等問題時具有獨特的優(yōu)勢。離散元法02離散元法是一種專門用來模擬顆粒物質(zhì)的數(shù)值方法。它將顆粒物質(zhì)看作是由一系列離散的、相互作用的顆粒單元組成，通過跟蹤每個顆粒的運動和相互作用來模擬顆粒物質(zhì)的宏觀行為。粒子模擬方法03粒子模擬方法是一種基于物理定律的數(shù)值模擬方法，它通過跟蹤大量粒子的運動來模擬流體、等離子體等物質(zhì)的宏觀行為。這種方法在處理復(fù)雜流動、電磁場等問題時具有較高的精度和效率。其他數(shù)值模擬方法焊接熱源與熱邊界條件設(shè)置03高斯熱源、雙橢球熱源、體熱源等，根據(jù)焊接工藝和材料特性選擇合適的熱源模型?；趯嶒灁?shù)據(jù)或經(jīng)驗公式，確定熱源模型的功率、半徑、深度等參數(shù)，以準(zhǔn)確模擬焊接過程中的熱輸入。焊接熱源模型選擇及參數(shù)確定熱源參數(shù)確定常用熱源模型包括對流、輻射、固定溫度等，根據(jù)實際情況設(shè)置合理的熱邊界條件。熱邊界條件類型考慮工件與周圍環(huán)境的熱交換，合理設(shè)置對流和輻射系數(shù)；對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可能需要采用組合邊界條件進(jìn)行模擬。注意事項熱邊界條件設(shè)置方法及注意事項計算結(jié)果驗證將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證溫度場計算的準(zhǔn)確性和可靠性。結(jié)果調(diào)整根據(jù)驗證結(jié)果，對熱源模型參數(shù)、熱邊界條件等進(jìn)行調(diào)整，以優(yōu)化模擬精度和效果。溫度場計算結(jié)果驗證與調(diào)整材料性能參數(shù)與模型建立04通過標(biāo)準(zhǔn)實驗方法獲得材料的力學(xué)性能、熱物理性能等參數(shù)，如拉伸實驗、沖擊實驗、熱膨脹系數(shù)測量等。實驗測試參考相關(guān)文獻(xiàn)或材料手冊中提供的性能參數(shù)，需注意文獻(xiàn)來源的可靠性和數(shù)據(jù)的適用范圍。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)基于實驗結(jié)果或?qū)嶋H工況，通過數(shù)值模擬反推材料的性能參數(shù)，需驗證反推結(jié)果的準(zhǔn)確性。數(shù)值模擬反推對比不同來源的性能參數(shù)，進(jìn)行誤差分析和一致性檢驗，確保所用參數(shù)的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性評估材料性能參數(shù)獲取途徑及準(zhǔn)確性評估根據(jù)實際焊接結(jié)構(gòu)的特點，對幾何模型進(jìn)行合理簡化，降低計算復(fù)雜度。保留對焊接變形影響較大的幾何特征，如焊縫形狀、坡口尺寸等。對于復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，需考慮各部件之間的裝配關(guān)系，確保幾何模型的準(zhǔn)確性。采用參數(shù)化建模、對稱性利用等方法優(yōu)化幾何模型，提高計算效率和精度。幾何模型簡化特征細(xì)節(jié)保留裝配關(guān)系考慮優(yōu)化策略幾何模型建立過程及優(yōu)化策略網(wǎng)格劃分技巧與質(zhì)量控制網(wǎng)格類型選擇網(wǎng)格劃分技巧網(wǎng)格密度控制網(wǎng)格質(zhì)量檢查根據(jù)幾何模型的特點和分析需求，選擇合適的網(wǎng)格類型，如結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格等。在焊縫及熱影響區(qū)等關(guān)鍵區(qū)域加密網(wǎng)格，提高計算精度；在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域適當(dāng)稀疏網(wǎng)格，降低計算成本。檢查網(wǎng)格的連續(xù)性、正交性、長寬比等指標(biāo)，確保網(wǎng)格質(zhì)量符合分析要求。采用掃掠法、多區(qū)域劃分法等方法提高網(wǎng)格劃分效率和質(zhì)量。焊接過程模擬與結(jié)果分析05邊界條件設(shè)置根據(jù)實際焊接過程中的熱邊界條件和力邊界條件，設(shè)置模型的初始條件和約束條件。建立幾何模型根據(jù)實際焊接工件的形狀和尺寸，建立相應(yīng)的三維幾何模型。材料屬性定義為模型賦予與實際材料相符的物理屬性，如密度、熱導(dǎo)率、比熱容、彈性模量、泊松比等。焊接熱源模型選擇根據(jù)焊接方法和工藝參數(shù)，選擇合適的熱源模型，如高斯熱源、雙橢球熱源等。求解與后處理選擇合適的求解器進(jìn)行求解，并利用后處理軟件對模擬結(jié)果進(jìn)行分析和處理。焊接過程模擬步驟詳解展示焊接過程中不同時刻的溫度場分布情況，分析溫度梯度和熱影響區(qū)范圍。展示焊接過程中不同時刻的應(yīng)力場分布情況，分析應(yīng)力集中和殘余應(yīng)力的大小和分布。展示焊接過程中不同時刻的變形場分布情況，分析工件的變形情況和變形規(guī)律。溫度場分布應(yīng)力場分布變形場分布溫度場、應(yīng)力場和變形場結(jié)果展示分析材料熱物理性能和力學(xué)性能對焊接變形的影響，如熱導(dǎo)率、比熱容、彈性模量等。01020304探討焊接電流、電壓、焊接速度等工藝參數(shù)對溫度場、應(yīng)力場和變形場的影響規(guī)律。研究工件幾何尺寸對焊接變形的影響，如板厚、焊縫長度和寬度等。分析不同約束條件下工件的變形情況和應(yīng)力分布規(guī)律。焊接工藝參數(shù)幾何尺寸材料屬性約束條件關(guān)鍵因素影響規(guī)律探討數(shù)值模擬結(jié)果驗證與應(yīng)用拓展06通過實際焊接實驗與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比，驗證模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。對比實驗驗證專業(yè)軟件驗證多參數(shù)綜合分析利用專業(yè)的焊接模擬軟件，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗證和分析。綜合考慮多種影響因素，如材料屬性、焊接工藝參數(shù)等，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行多參數(shù)綜合分析驗證。030201數(shù)值模擬結(jié)果驗證方法介紹通過數(shù)值模擬分析，優(yōu)化飛機、火箭等航空航天器的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，提高結(jié)構(gòu)強度和可靠性。航空航天領(lǐng)域利用數(shù)值模擬方法，對汽車車身焊接過程進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化焊接工藝和設(shè)計方案，提高車身質(zhì)量和生產(chǎn)效率。汽車制造領(lǐng)域通過數(shù)值模擬分析，預(yù)測船舶焊接變形情況，優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高船舶的航行性能和安全性。船舶制造領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用案例分享：優(yōu)化設(shè)計方案發(fā)展趨勢隨著計算機技