[精品]基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析.doc

[精品]基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析.doc基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析
发表时间：2009-6-2作者：李乡武来源:e-works
关键字:CAE ansvs焊接温度场
本文使用ansys研究了平板堆焊中，焊接速度和高斯有效热源半径对其焊接温度场的影响。经过计算表明： 焊接速度越快，平板在焊接过程中的最高温度越低；热源有效半径越小，平板在焊接过程中的最高温度越 高。这一结论对焊接优化控制参数有着重要的指导意义。
1引言
焊接温度场的准确计算或测量，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，苏联科学院的助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。为了求热传导微分方程的解，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 料热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导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、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，因此所得到的解与实际测定有一 定的偏差，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。
本文利用ansys建立了平板焊接的三维模型，并研究焊接速度和高斯热源的有效半径对其温度场的影响。 为实际的焊接工程了提供了一定的指导意义。
2模型建立与计算讨论
模型尺寸为100mmx50mmx6mm,材料为20号钢，电弧沿焊件中心移动。由于模型的对称性，本文只选取 半模型进行计算，其有限元模型图图1所示。
图1平板焊接的有限元模型图2有限元模型中考察的点
本文使用solid70单元来模拟焊接过程的动态温度场，为了提高计算的精度又要节省计算时间，在靠近焊 缝中心处即从焊缝中心到距离其5mm的区域内网格控制在1mm,然后其网格密度一次减小；在厚度方向划 分为两层。
计算参数：焊接的电压U=20；焊接电流1=160；。表1给出了平板的温度场计算参数。由于材 料缺乏高温材料数据，因此1500度以上的数据釆用外插得到。
表1平板的材料参数
20
250
500
750
1000
1500
1700
2500
导热袅数
50
47
27
30
35
140
142
孫度
7520
廿工
7610
7550
7490
7300
7090
出热容
460
480
530
675
670
660 '
S
820
本文采用高斯热源来模拟电弧，现将高斯热源简述如下：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。费里德曼 将加热斑点上热流密度的分布近似地用高斯数学模型来描述，距加热中心任一点A的热流密度可表示为如 下形式：
初=3. exp(-务")
盘(1)
式中:qm为加热斑点中心最大热流密度:R为电弧有效加热半径;r为A点离电弧加热斑点中心的距离。对于 移动热源：
这种热源模型在用有限元分析方法计算焊接温度场时应用较多。在电弧挺度较小、对熔池冲击力较小的情 况下，运用这种模型能得到较准确的计算结果。
下面给出