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1、焊接结构实验报告学生姓名：学生学号：专业班级：材成124班指导教师：朱政强实验评分：实验有限元法模拟焊接【试验目的】(1) 了解有限元法的基本原理(2) 熟悉 ANSYS 有限元模拟软件的基本操作(3) 掌握利用 ANSYS 进行焊接温度场模拟的基本过程实验原理有限元法是适应使用计算机而发展起来的一种有效的数值方法。它是将连续的物 体离散化，分解为有限个单元组成的模型，即进行网格划分，进而对离散化模型 求数值解。本实验利用有限元软件 ANSYS 模拟焊接温度场，基本过程如图所示；【实验设备及材料】(1) 有限元软件 ANSYS 一套(2) 计算工作站【实验内容及步骤】模拟的焊件是在 200mm
2、X200mmX2mm 的 Q345 平板中间直接用电弧加热进行焊接， 保证熔透。ANSYS有限元分析可采用用户界面和APDL语言两种方式，APDL语言更加灵活简 便，通过修改命令流中部分参数可实现参数化建模不同结构、不同材料的情况进 行模拟。本实验前处理和求解计算部分采用 APDL 语言，后处理阶段可采用界面 操作。一前处理 前处理阶段主要包括建立几何模型、设置材料属性和划分网格。其中设置比 热、导热系数、换热系数等热物理性能随温度变化的值对计算十分重要。Q345 钢的密度为7850kg/m3,其他随温度变化的具体数值列于表下；Q345 材料的材料性能参数温度/C比热容/J.(kg. C)-i
3、导热系数/W.(m.K)-i换热系数/W.(m2.C)-i20447.253.61.336100479.751.16.68200525.048.213.36500608.538.733.4700735.031.171.151000599.830.314 8.91200625.928.8195.11500634.034.2264.4250082014.2379.9计算中选用solid70单元，（S0LID70具有三个方向的热传导能力。该单元有 8 个节点且每个节点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热 分析。该单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那 么也可以进行结构
4、分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如S0LID45单 元）该单元存在一个选项，即允许完成实现流体流经多孔介质的非线性静态 分析。选择了该选项后，单元的热参数将被转换成相类似的流体流动参数， 例如温度自由度将变为等效的压力自由度。）采用映射网格划分即划分单元 为六面体单元。焊缝和热影响区网格较密，约为2mm,远离焊缝区网格相对稀 疏，划分网格后共有12000个单元， 16564个节点。二求解过程 三后处理 后处理采用界面方式操作。界面中 ANSYS Ma i n Menu 菜单中 Genera l Po s tproc 为 通用后处理，其中包含多项查看某一时刻结果分布的选项，包括显示某一路径
5、上 结果分布。 TimeHist Postpro 为时间历程后处理项，可显示某一节点的温度随 时间的变化过程。【实验结果处理与分析】根据模拟结果，提取整个焊件在任意时刻的温度场，焊件上某些路径在任意时刻 温度分布，焊件上任一点温度随时间变化曲线。根据得到的模拟结果，观察热源 移动过程。【问题与讨论】（1）有限元模拟焊接的基本过程是什么？a.有限元模型的建立；b.温度场计算；c.应力应变场计算；d.计算结果分析； e. 结论。（2）根据模拟结果，讨论温度场如何分布。焊接过程有限元模拟涉及到热分析和应力分析，实际上，热源一施加，便产生温度场，与此 同时，也产生了焊接应力。焊接过程中热源中心的温度远远大于周围的温度，中心温度大约 在1800C左右，并且温度影响范围也随焊接热源的移动而移动，其温度分布大致不变。实验二 钻孔法测残余应力
