PDF《2oo9年9月第3期 教学与科技 基于ANSYS的T型焊接接头温度》

) 足如下方程【4】【5】. = (七+豺詈(七J+ 【七 【七 J … 式中: ,y,z,,

) 求解域 中的 部 源强度;

七、c、p分 材料的 系 、比 及密度,它均温度 的函 ,材料 物理性能参 取自文献【6】. 上式 泛函方程, 得定解,需 出定解条件,即微分方程的边界条件,定义模型周 表面 边界条件,即一七I=口 一)(2) 式中, 表面 系,流体介 温度. 2.2 源模型 焊接 输入具有局部集中的特点, 使在焊接 程中存在十分不均 、不 定的温度 ,从而 生 大的焊接变形和 力,因此,焊接 源模型 取是否得 , 焊接温度 和力变的模拟 算 精度,特 是近 源域,会 生很大影响. 于常用的焊接方法如手工电弧焊、 极 弧焊等,采 用高斯分布的 源模型能够得到 意的 果【'

1【81,在此,采用高斯分布的 源 算模型,其 学表达 2o09年9月第3期 教学与科技

3 式如下【9】【 .1: g(,)=g exp

(一)(3) 式中,g ) 流密度 : 加 斑点中心最大 流密度 |j}: 能量集中系 ;

离;

斑点 源中心的距离. 根据实际情况及 算需要, 于T型焊接接头,取焊接电流I 200A,焊接电 u 24V,效率 n取0.6, 算得七=99649,g =91351697,并令,. = 一口)2+(),一6)2,其中(a,b) 源中心点坐 , 用公式(3) 算所加的焊接 流密度 : g(,.):9135l697exp(_99649《 一口)2+(),一6)2)) (4) 从式(4)可以得到,随着 源中心坐 的改变,所加 流密度的位置是改变的, 正好模拟了焊 接 源移动 一特性.由于T型焊接接头焊 面并不与总体XY平面重合或平行,因此需建立局部坐 系,使局部坐 系的x 与焊 面 向中心 重合,方向与焊接方向平行.焊长50mm,取焊接 速度 8删nMS, 加间6.25秒,分25个 荷步完成,采用ANsYs参化言APDL定义循 句实移动 源的加 求解【ll】.定义循 使 荷步i从l 始每步增加1到25,随着 源的移动, i和 源中心的 系:a=0.O02|li,b=0.APDL定义循 加 如下: 幸d0,i,l,25 time.0.25奉i SFA,、 LDPASS,1,耶UJX,91351697 2.718M、(一99649 (({x)一0.o02'

Ii)?2+({y)一0)?2)) ALLSEL,ALL sOlve +erlddO 2.3 算 果及分析 焊接温度 的求解精度与 间步长有很大的 系, 于 间步长的 ,本文通 所得温度 的 变化是否 准判其是否 足 算精度的要求.整个T型焊接接头温度 分析分焊接加 和冷却两个 段,焊接加 间6.25秒,分25步完成, 间步长取0.25:冷却 段温度梯度 加 段小,因此在保 精度的前提下 减少 算间, 间步长取1秒,整个冷却 间176秒,分l76 步完成.

2 焊接不同 刻T型焊接接头的温度分布情况. 一一 ?N .. ?N 、

一、. 一 一一,'

、一.a)加0.5秒b)加 2秒

4 基于ANsYS的T型焊接接头温度 值模拟 c)加4.5秒e)冷却4秒g)冷却l2O秒d1加6.25秒f)冷却24秒h)冷却176秒 2不同 刻T型焊接接头温度分布情况 2可以清楚的看到,随着焊接 程的 行,焊接 源随 间在焊 域 移动,焊接温度 的 变化基本 于准 ,因此所建模型的网格精度及 间步长是 足 算精度要求的,焊接冷却 始段,温度变化迅速,冷却到第4秒 ,温度从2594.c迅速降到250.C,而冷却 束 段的温度变 化并不明 ,基本 于定. 一步分析焊接 程中焊 不同点温度随 间的变化情况,任取焊 表面 中心 上(即焊 接 源中心 迹)距离焊接 始点 10mm、2Omm、30mm、4Omm的四个 点, 制 四个 点的温 度间程,如 3所示.从 中可以看出,四 点的温度变化 程基本相同,都是在 源近,20O9年9月第3期 教学与科技

5 温度急速升高到最高点, 源 后在很短的 间 回落到2O0.C以下,然后 慢的降低直至 于室温, 与实际焊接 程中焊接温度的变化是相符合的. '