基于ANSYS的焊接参数对其温度场的影响分析
发表时间： && 作者: 李乡武&&来源: e-works
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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100mm×50mm×6mm，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。
&&& 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I=160；热效率为0.7。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度以上的数据采用外插得到。 1
& &&& 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：&&&&&&& (1)式中: 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：&&&&&&& (2)&&& 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。&&& 下面给出了给定热源半径和焊接速度时，各考察点的温度与时间的关系图。
3& R=0.007V=0.0051-44 &R=0.007V=0.0055-8 &&& 图3和图4给出了热源半径为0.007m；焊接速度为5mm/s时的1-8点的温度与时间的关系。从图中可知：焊缝中心处各考察点的温度变化规律基本相同，只是和高斯热源运动的时间有关，且在40s后温度基本下降到400度，在此以后焊缝中心处的各点都一相同的速度降温。从图4可以看出：焊接结束处的8点温度最高，且在100s四个点的温度基本相同。&&& 图5和图6给出了热源半径为0.006m；焊接速度为5mm/s时的1-8点的温度与时间的关系。由图可知：各点的温度变化规律与热源半径为0.007m；焊接速度为5mm/s时的1-8点的温度与时间的关系基本相同。但其温度最高值要比其高大约300度，由此可以推断当其他条件不变时高斯热源的有效半径减小，其温度的最高值会明显增加。
5& R=0.006V=0.0051-46& R=0.006V=0.0055-8 7 R=0.007V=0.011-48 R=0.007V=0.015-8 &&& 图5和图6给出了热源半径为0.007m；焊接速度为10mm/s时的1-8点的温度与时间的关系。由图可知：各点的温度变化规律与热源半径为0.007m；焊接速度为5mm/s时的1-8点的温度与时间的关系基本相同。但其温度最高值要比其低大约300度，由此可以推断当其他条件不变时焊接速度增大，其温度的最高值会明显降低。3 结论&&& 通过以上分析和计算可以得出以下结论：&&& （1）ansys可以很好的模拟和计算焊接过程的动态温度场。&&& （2）当其他条件不变时焊接速度增大，其温度的最高值会明显降低；当其他条件不变时高斯热源的有效半径减小，其温度的最高值会明显增加。 如有需要请联系：& QQ：3871739 MSN：
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ansys温度场怎么建立
外边是室温。我现在查到要先定义容器自身的比热和表面换热系数了，然后模拟容器壁的温度变化，我怎么定义里边有热水，希望从简单的开始，建模 网格划分后。这样复杂的我自己再摸索本人初学ANSYS，但外界环境和液体怎么模拟啊？能不能说下具体操作步骤，比如一个容器
还有表面换热系数在哪里设置，我已经攻克，问下网格化水体和容器一起用自由网格划分可以吗。采取瞬态分析后读取结果第一段的问题请忽略，我想只看容器的温度情况该怎么操作，之前我已经设置好了水体和容器的比热容 热导率 密度。问下下边的 我已经把模型建好了
我有更好的答案
个过程不是几句话就能描述清楚的（如果有基础是讲得清楚的），所以建议你先按照软件的Tutorial跑一下例子（有关于换热模型的例子），相信比别人讲更实用，熟悉下流程及操作界面
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&&&forevernot&(you&can&do&it!)&于&&(Tue&May&25&16:57:29&2010)&&提到:
分析类型为thermal-structual
有2方面问题:
1。所谓initial&temperature,第一无法忽略，第二无法设置非统一值
2.我已经施加了温度载荷边界条件，但是仍然没用，在热应力分析中，对结果仍让产生了完全不必要的重大的影响，这说明环境温度和材料边界温度发生了热应力耦合，这是我不想要的结果，请问能否去掉？或者&设置非统一环境温度亦可
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&&&Maclaurin&(饺子)&于&&(Wed&May&26&00:44:29&2010)&&提到:
问题基本上没看懂......
【&在&forevernot&(you&can&do&it!)&的大作中提到:&】
:&分析类型为thermal-structual
:&有2方面问题:
:&1。所谓initial&temperature,第一无法忽略，第二无法设置非统一值
:&...................
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&&&forevernot&(you&can&do&it!)&于&&(Thu&May&27&00:36:01&2010)&&提到:
事实上，结构分析中固体的边界是流体，但是本分析中不需要用到流体，故直接使用温度载荷替代了对流边界，但是一个环境温度把水全给搅浑了。。。
这样明白了一些吗？我做热-固耦合分析。先求解温度场，再求解热应力场。问题出在对流边界上，我这里没有给流体建模，直接用流体温度分布做载荷的，然后固体边界就直接跟“空气”接触了，但是ansys12里面一定要给整个空间定义一个什么劳什子初始温度，也就是initial&temperature......它还偏偏跟固体边界温度场发生作用了，结果就是，边界处的热应力远远大于正常水平，完全扰乱了分析结果，
这样明白一些了吗？
【&在&Maclaurin&(饺子)&的大作中提到:&】
:&问题基本上没看懂......
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&&&jkxjkx&(haohao)&于&&(Thu&May&27&22:23:11&2010)&&提到:
&这个就是热应力分析吧，既然都是顺序求解了，哪有什么热固耦合分析，真要是热固耦合分析，应力场对温度场还会有影响呢。如果你用solid5，采用直接法求解或许还算得上耦合。。。
&&这个应力不对应该不是环境温度的问题吧？应力特别大的问题应该是边界上的温度梯度比较大吧。看你的描述，应该加的是温度边条吧，你先看看温度场的结果再说。要想给不均匀的初始温度好像用IC命令可以，可以查一查帮助。看你的描述，你应该是用workbench做得吧，不知道现在他对命令流的支持做得怎么样了。
&&环境温度和材料边界温度发生了热应力耦合，这种说法从来没听说过。间接法求热应力就是当前温度场和初始温度场比较，这样就有了一个温度差。有温度差就有热变形，非均匀的温度场造成热变形不协调，就有了热应力，就这么简单，哪来这么多耦合。
【&在&forevernot&(you&can&do&it!)&的大作中提到:&】
:&事实上，结构分析中固体的边界是流体，但是本分析中不需要用到流体，故直接使用温度载荷替代了对流边界，但是一个环境温度把水全给搅浑了。。。
:&这样明白了一些吗？我做热-固耦合分析。先求解温度场，再求解热应力场。问题出在对流边界上，我这里没有给流体建模，直接用流体温度分布做载荷的，然后固体边界就直接跟“空气”接触了，但是ansys12里面一定要给整个空间定义一个什么劳什子初始温度，也就是initial&temp
:&这样明白一些了吗？
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&&&J0KE&(真不是joke)&于&&(Sun&May&30&23:40:35&2010)&&提到:
1.温度——结构藕合问题显然跟初始温度有关的，ε=αΔT&设想你把开水倒进一个本来
温度为0度的玻璃杯中，玻璃杯多半要炸，如果是99度的玻璃杯肯定没事——至于初始温
度是多少，看你所计算的问题吧，这是边界条件之一。
2.先检查温度场是不是合理……
【&在&forevernot&(you&can&do&it!)&的大作中提到:&】
:&分析类型为thermal-structual
:&有2方面问题:
:&1。所谓initial&temperature,第一无法忽略，第二无法设置非统一值
:&...................
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&&&forevernot&(you&can&do&it!)&于&&(Thu&Jun&&3&19:16:40&2010)&&提到:
唉，温度场是流体温度场，现在没时间添加流体域了，只能将就下了。。。
【&在&J0KE&(真不是joke)&的大作中提到:&】
:&1.温度——结构藕合问题显然跟初始温度有关的，ε=αΔT&设想你把开水倒进一个本来
:&温度为0度的玻璃杯中，玻璃杯多半要炸，如果是99度的玻璃杯肯定没事——至于初始温
:&度是多少，看你所计算的问题吧，这是边界条件之一。
:&...................
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