ANSYS有限元热耦合分析——以焊接过程为例

张 佩（中国人民解放军后勤工程学院，重庆 401311）

ANSYS有限元热耦合分析——以焊接过程为例

张 佩（中国人民解放军后勤工程学院，重庆 401311）

利用有限元分析软件 ANSYS，对焊缝的焊接过程进行数值模拟仿真，同时介绍了热耦合分析计算的基本原理，并给出温度场的分布情况。经试验证明，此算法计算结果准确可信，对金属加工具有重要的指导意义。

ANSYS；焊缝；数值模拟；热耦合

0 前 言

焊接是目前钢结构中最常用的连接方法，对接焊缝是受力和变形较为合理的接头连接形式，它不削弱构件截面，刚性好，构造简单，施工便捷，并可采用自动化操作，但焊接时会产生残余应力和变形，连接处的韧性和塑性较差。金属在加热和冷却过程中，会发生膨胀与收缩变形，会造成内力的再分布，引起次内力。如果结构各个部位之间的膨胀收缩程度不同，或者结构膨胀、收缩受到限制时，就会产生热应力。基于上述原因，本文利用ANSYS分析软件，对焊接过程进行了有限元分析，进而找到焊接过程中的薄弱环节，为金属材料加工提供了参考意见和理论依据。

1 对焊接头形式及有限元模型的建立

1.1 原始数据

如图1所示为焊缝结构及有限元模型，用铝焊将钢板（左）和铜板（右）焊接在一起。假设没有辐射和对流，结构左侧为固定约束。环境初始温度是20℃，铝焊温度是1500℃。

各种材料的属性如表1所示。

各种材料的属性表 表1

1.2 有限元模型建立

对焊接接头进行有限元分析时，在对计算精度影响很小的前提下，为提高计算速度，可以对结构系统作适当的简化。……