焊接过程建模与仿真优化方案

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：经过多年的发展，有限元数值模拟技术已经成为焊接数值仿真的主流方法。图12-38表示了在熔焊过程的建模仿真中所涉及的有关热力学、材料性能及其组织形态等之间的相互联系及耦合效应。当前焊接领域数值模拟的对象有以下几个方面：1）焊接温度场的数值模拟。2）焊接金属学和物理化学过程的模拟。3）焊接应力与变形的数值模拟。5）焊缝质量评估的数值模拟。6）焊接工艺的数值模拟。表12-4 对电弧焊接过程及结果的仿真内容与意义

焊接过程是一个涉及热物理、传质传热、冶金和力学的复杂过程，不仅有能量传递与质量迁移过程中的局部、瞬时、非稳态等特点，而且在焊接接头的成分、组织、性能等方面往往出现较大的梯度分布，其过程所发生的一切物理与化学反应，固液相变、应力与变形、气体溶解与析出以及加热时长、冷却速度对组织形态的影响、裂纹等冶金缺陷的萌生与扩展行为等都与焊接热输入、热循环的方式密切相关。随着计算机技术、数值模拟技术以及专业仿真工具的发展，焊接实践经验、材料的物性参数、热力学条件等的积累和不断完善，对焊接制造中的现象认识、工艺优化、质量预测、结构评估、装备可行性等进行数值模拟已得到越来越广泛的应用，数学模型中的假设条件不断得到松弛，且更接近实际工程的需求。从而使焊接制造技术的研发模式从“理论—试验—生产”转变为“理论—计算机模拟—生产”，不仅为焊接制造提供重要而实用的理论依据和数据，提高了焊接热加工的科学水平，节约大量试验所需的人力物力，同时也为焊接制造从经验走向科学提供了重要的认识途径。目前在焊接制造中所应用的商业软件有：ABAQUS，ANSYS，FLUENT，MARC，PHOENIX，ADINA，SYSWELD等，常用的焊接数值模拟方法有：有限元法、差分法、蒙特卡洛法等。经过多年的发展，有限元数值模拟技术已经成为焊接数值仿真的主流方法。图12-38表示了在熔焊过程的建模仿真中所涉及的有关热力学、材料性能及其组织形态等之间的相互联系及耦合效应。