焊接課程設(shè)計基于sysweld軟件的T型接頭焊接仿真模擬

1、焊接基于sysweld軟件的t型接頭焊接仿真模擬 姓名：000 班級：材料000班 學(xué)號：00000000 指導(dǎo)老師：000 日期：2011年09月前言sysweld法國esi公司的焊接仿真分析軟件，經(jīng)20多年發(fā)展，已成為熱處理、焊接和焊接裝配過程模擬的領(lǐng)先模擬軟件，能夠全面考慮材料特性、設(shè)計和過程的各種情況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)也隨之不斷的革新和進(jìn)步。人們對鑄件的質(zhì)量要求也越來越高，而sysweld為其提供了一個良好的工具，對提高鑄件的質(zhì)量有未雨綢繆的作用。sysweld熱過程模擬軟件對鑄件的制造起著非常關(guān)鍵的作用，為解決鑄件缺陷問題提供了一個平臺。利用sysweld軟件對焊縫進(jìn)

2、行計算機(jī)仿真模擬來提高焊縫的質(zhì)量，本文主要對焊接的熱過程模擬來分析t形接頭焊焊接熱過程，主要通過t形建模、熱源校核、焊接向?qū)?、求解計算及結(jié)果后處理的操作步驟對焊接熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬。與測試并修正的傳統(tǒng)方法相比，sysweld使得成本降低、周期縮短。另外還能夠顯著減少物理樣機(jī)，產(chǎn)生高的投資回報率。界面友好，輕松易學(xué)。sysweld是用于引導(dǎo)工程師發(fā)現(xiàn)關(guān)于變形、殘余應(yīng)力和塑性應(yīng)變的影響因素，然后優(yōu)化過程參數(shù)的專業(yè)模擬軟件。2011-09-09目錄1、t型接頭模型的建立1.1創(chuàng)建points11.2由points生成lines11.3由lines生成edges 21.4由edges生成domains

3、 21.5離散化操作31.6劃分2d網(wǎng)格 51.7生成volumes 61.8離散volumes 81.9生成體網(wǎng)格 101.10劃分換熱面111.11劃分1d網(wǎng)格121.12合并節(jié)點131.13保存模型141.14組的定義操作151.15保存171.16小結(jié)172、焊接熱源校核2.1網(wǎng)格的建立182.2材料的導(dǎo)入及定義202.3熱源過程參數(shù)的定義202.4求解212.5熱源顯示212.6修改參數(shù)222.7熱源校核222.8檢查顯示結(jié)果232.9保存函數(shù)242.10熱源查看242.11保存熱源252.12小結(jié)253、焊接模擬向?qū)гO(shè)置3.1材料的導(dǎo)入263.2熱源的導(dǎo)入263.3材料的定義273

4、.4焊接過程的定義273.5熱交換的定義283.6約束條件的定義283.7焊接過程求解定義283.8冷卻過程求解定義293.9檢查293.10小結(jié)314、 后處理與結(jié)果顯示分析 4.1計算求解324 .2導(dǎo)入后處理文件324.3結(jié)果顯示與分析334.4小結(jié)361、t型接頭模型的建立1.1創(chuàng)建points 根據(jù)所設(shè)計t型接頭模型的規(guī)格，選定原點，然后分別計算出各節(jié)點的坐標(biāo)，按照geom./mesh.geometrypoint步驟，建立以下13個點：p1（-25,0，-10）、p2(7,0，-10)、p3(10，0，-10)、p4(13,0，-10)、p5(35,0，-10)、p6(35,0,0)

5、、p7(10,0,0)、p8(10,0,30)、p9(0,0,30)、p10(0,0,3)、p11(-1.5,0,1.5)、p12(-3,0,0)、p13(-25,0,0)如下圖所示：1.2由points生成lines 按照geom./mesh.geometry1dentities步驟，按照一定的方向性將各點連接成如下圖所示的lines：1.3由lines生成edges 按照geom./mesh.geometryedge步驟，點擊選擇各邊，依次生成如下圖所示各edges：1.4由edges生成domains 按照geom./mesh.geometrydomains步驟，依次生成如下六個doma

6、ins：1.5離散化操作 離散化操作是針對由points所生成的lines而言，由于除了有這些點生成的線以外，軟件本身也會自動產(chǎn)生一些輔助的線條，為了方便清晰地對所生成的主要線條進(jìn)行選取及其他操作，可以通過“隱藏顯示”處理，只顯示如下圖所示的十八條線： 通過以下操作為后面的離散操作做好準(zhǔn)備： 通過meshingdefinitiondiscretisation啟動離散化操作界面，將l2、l4、l8、l10四條線均勻離散成3段，將其他十四條線非均勻離散，離散單元數(shù)為5，系數(shù)為3.5。 離散后的線條顯示如下圖所示：1.6劃分2d網(wǎng)格 通過“隱藏顯示”處理，只顯示domains。 操作步驟：meshi

7、nggenerationsurfaceregularby domains選擇所有的domains進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 劃分后的2d網(wǎng)格顯示如下圖所示：1.7生成volumes 要生成volumes，首先應(yīng)該創(chuàng)建一個參考點，此參考點由t型接頭的長度決定。這里應(yīng)該建立點p38（-1.5，60,1.5），如下圖： 再通過顯示處理，顯示基點p11，如下圖： 通過geometryvolumestranslation操作，選中所有的domains，將其從p11拉到p38（這里應(yīng)該先點擊p11,再點擊p38，否則，將反向生成volumes），即可得到六個volumes，顯示如下圖所示：1.8離散volumes要劃

8、分體網(wǎng)格，首先應(yīng)該將各volumes在長度方向上劃分，由于在長度方向上，各點對應(yīng)溫度不變，所以可以將長度方向上的volumes等間距劃分，即均勻離散，這里將其均勻離散為60段，操作過程顯示如下圖：通過“隱藏顯示”處理，只顯示volumes： meshingdefinitiondiscretisation彈出離散操作界面，選中所有需要進(jìn)行離散的volumes，設(shè)置離散單元數(shù)為60： 離散后的結(jié)果如下：1.9生成體網(wǎng)格 按照meshinggenerationvolumesgeometricalregularpropagation的操作步驟，打開體網(wǎng)格劃分操作界面，在已經(jīng)離散的4個volume里生成

9、網(wǎng)格， 最終生成的體網(wǎng)格如下圖所示：1.10劃分換熱面 首先通過“隱藏顯示”處理，只顯示所有的domains,如下： 通過meshinggenerationsurfaceregularby domain操作，打開面網(wǎng)格劃分操作界面，選中圖中所有domain，點擊ok完成面網(wǎng)格劃分， 劃分后的換熱面如下所示：1.11劃分1d網(wǎng)格 焊接線、焊接參考線以及需要約束的線都需要進(jìn)行1d網(wǎng)格化分，這里由于沒有約束條件，只需要劃分焊接線l65和焊接參考線l64即可。 通過“隱藏顯示”處理，只顯示lines，如下： 按照meshinggeneration1d操作，打開1d網(wǎng)格化分操作界面，對焊接線和參考線進(jìn)行

10、劃分，若前面操作正確，這里應(yīng)該是l65和l64。劃分后這兩條線變?yōu)榧t色。1.12合并節(jié)點 在transformation的子菜單下點擊sticking，點擊ok確認(rèn)系統(tǒng)默認(rèn)的參數(shù)設(shè)置，即可合并操作過程中產(chǎn)生的重復(fù)節(jié)點，使模型干凈。由于只合并了重復(fù)節(jié)點，圖中沒有明顯變化 合并節(jié)點后顯示如下：1.13保存模型 為了需要，這里需要將模型保存為.mos和.tit兩種格式，其中，.mos格式用于修改模型，.tit格式用于定義組。保存模型，可以選擇默認(rèn)保存路徑，也可以根據(jù)情況自定保存路徑，但須保證保存路徑為全英文路徑，否則軟件將無法識別。 保存時，須在文件名稱后面加上格式種類。.mos格式保存如下： 保存

11、.tit和.asc格式文件時，文件名前加前綴hsf-data,切文件名為0-9999之間的數(shù)字。.tit格式模型保存如下： 1.14定義組操作 sysweld所有的定義都以組的形式進(jìn)行。根據(jù)需要，這里將定義九個組： all整體實體網(wǎng)格 add焊縫 base母材及熱影響區(qū) heat換熱面 wel焊接線 refl焊接參考線 se焊接起始單元 sn焊接起始節(jié)點 en焊接結(jié)束節(jié)點 定義之前，應(yīng)按照以下操作，啟動焊接向?qū)K： 按照以下操作打開定義組操作界面，如下圖所示： 點擊create，彈出如下定義組對話框，輸入組名選擇類型和范圍選擇需要定義的元素點擊ok，即完成一個定義。 按照此操作可依次完成以下

12、定義：allv1、v2、v3、v4、v5、v6；addv2、v3；basev1、v4、v6；heat所有domains；well65；refll64；se13861 13921；sn60 55；en3822 3817。 定義完以后可以在以下窗口中查看定義好的九個組：1.15保存 為了需要，需要將定義好的模型保存為.tit和.asc兩種格式，其中，.tit格式用于修改組，.asc格式用于數(shù)值模擬計算。保存方式同上一個.tit格式文件的保存。1.16小結(jié) 對于模型建立必須選擇合適的點線面和體，尤其是網(wǎng)格劃分要準(zhǔn)確，操作步驟合理，不可跳步而行。生成線時，應(yīng)注意線的方向，否則會對離散和網(wǎng)格劃分產(chǎn)生不可

13、修復(fù)的影響。離散也要根據(jù)所使用計算機(jī)的性能，如果內(nèi)存比較大，計算速度較快，則可以將離散單元數(shù)設(shè)置較大，反之應(yīng)該設(shè)置較小，否則劃分網(wǎng)格或者計算時將出現(xiàn)軟件無法繼續(xù)運行的現(xiàn)象。在定義生成組時，選擇點和線要精準(zhǔn)，使模型干凈，為后面的焊接數(shù)值模擬創(chuàng)造良好的條件。操作過程中應(yīng)該及時檢查，及時發(fā)現(xiàn)錯誤并改正，避免一錯到底。2、焊接熱源校核2.1網(wǎng)格的建立 進(jìn)入焊接向?qū)K，并啟動熱源校核操作界面如下： 選擇t型接頭模型，依次選擇各參數(shù)，輸入數(shù)值，依次點擊replace給參數(shù)賦值，最后保存，最終生成2d網(wǎng)格： 和2d網(wǎng)格的建立一樣，通過以下操作選擇t型接頭模型，定義個參數(shù)的數(shù)值，最后生成3d網(wǎng)格如下圖所示：

14、2.2材料的導(dǎo)入及定義 選中heat input fitting，將操作界面從網(wǎng)格建立界面切換到熱輸入界面。在點擊material dbloadwelding.mat，從材料庫中加載焊接材料。 然后在焊接材料中選擇需要的材料，分別對焊縫、母材即熱影響區(qū)的熱性能材料進(jìn)行定義，如下圖所示：2.3熱源過程參數(shù)的定義這一步也相當(dāng)重要，它將決定焊縫的寬度和熔深，若在后面的操作中發(fā)現(xiàn)焊縫不理想，可以返回到這一步重新進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。這里選擇雙橢球模型作為焊接熱源，輸入熱源名稱方便以后查找使用，然后定義雙橢球模型的相關(guān)尺寸和橢球熱流密度，再輸入總能量數(shù)值，點擊add將個參數(shù)賦予給熱源。2.4求解 在求解界面輸入

15、焊接速度和焊接環(huán)境的初始溫度，點擊ok即可計算求解：2.5熱源顯示 選中框中唯一的熱性能函數(shù)，輸入焊接時間為12秒，焊縫相數(shù)為1相，焊縫焊接道數(shù)為1，即單道焊接。 通過以上操作，熱源顯示如下圖所示：2.6修改參數(shù)若熱源不合適，可返回過程參數(shù)定義界面進(jìn)行修改直到滿足要求。2.7熱源校核 在plot和solve界面里，分別輸入焊接材料熔點和結(jié)束溫度，輸入焊接速度和焊接初始溫度，然后點擊ok,進(jìn)行計算。 計算結(jié)束后顯示如下圖所示溫度場：2.8檢查顯示結(jié)果 （1）顯示溫度場云紋圖如下： （2）顯示溫度場等溫面 （3）顯示橫截面圖2.9保存函數(shù) 重新回到heat input fitting界面，選中已經(jīng)

16、設(shè)定好的熱源，點擊save進(jìn)行保存：2.10熱源查看 在heat input fitting界面 點擊founction dbsee content,彈出如下對話框，在其中即可查看自己所定義的熱源： 2.11保存熱源 點擊founction db以后彈出的對話框里有一項為save as,單擊此項，在彈出的對話框里命名該熱源，附加文件格式為.fct，點擊ok即可進(jìn)行保存，為后面的計算做熱源準(zhǔn)備。2.12小結(jié) 這樣熱源就調(diào)好了，并保存在了函數(shù)數(shù)據(jù)庫中，我們可以方便的進(jìn)行調(diào)用。同理：我們也可以利用熱源校核工具對搭接接頭以及對接接頭熱源模型進(jìn)行校核。這里是十分重要的一步，是仿真實驗的重點。通過不斷的反

17、復(fù)的實驗查看，得到理想的焊縫時的參數(shù)即為理想的焊接參數(shù)，可以在實際中進(jìn)行使用。3、焊接模擬向?qū)гO(shè)置3.1材料的導(dǎo)入 首先讀入原先保存的.asc文件，確認(rèn)當(dāng)前操作界面在“焊接向?qū)А蹦K并啟動焊接向?qū)гO(shè)置界面。 給該焊接過程輸入一個名字，方便以后調(diào)用，點擊material dbload，加載焊接材料，如下圖所示：3.2熱源的導(dǎo)入 在焊接向?qū)Ы缑妫c擊founction dbload，加載在上一模塊中已經(jīng)定義好并已經(jīng)保存的熱源文件，如下圖所示：3.3材料的定義 在材料性能界面，通過在已經(jīng)加載的焊接材料庫中選擇合適的焊接材料，分別對焊縫，整體，以及母材和熱影響區(qū)的熱性能材料和機(jī)械性能材料進(jìn)行定義，如下

18、圖所示：3.4焊接過程的定義 根據(jù)提示，對一下對話框中的信息一一作出定義，如下圖：3.5熱交換的定義 對所有換熱面進(jìn)行熱交換定義，選擇熱交換方式為空冷，溫度為20攝氏度，點擊add進(jìn)行添加，如下圖：3.6約束條件的定義 約束條件的定義是模擬應(yīng)力場的基礎(chǔ)。如果有對焊件的約束條件（如受力情況），就可以進(jìn)行設(shè)置。步驟：單擊clamping conditions 按鈕，系統(tǒng)彈出約束條件對話框，在彈出的對話框里對已知的約束條件進(jìn)行約束即可。如果沒有約束條件，這一步可以不做。3.7焊接過程求解定義 通過此操作可以輸入焊接結(jié)束時間，選擇焊接熱性能和機(jī)械性能求解文件，如下圖所示：3.8冷卻過程求解定 冷卻過程

19、的定義與焊接過程的定義差不多，區(qū)別在于過程的命名不一樣，在冷卻過程中需要設(shè)置冷卻時間，這個時間即為仿真模擬的計算時間場的模擬時長，若冷卻時間越長，則計算時間越長，仿真者可以根據(jù)自己的實際情況進(jìn)行設(shè)置。這里設(shè)置冷卻時間為200秒。3.9檢查 對前面的定義進(jìn)行檢查，沒有錯誤方可繼續(xù)操作。操作步驟如下所示： 檢查材料如下圖所示： 檢查熱交換如下圖所示： 檢查焊接線如下圖所示： 能量計算檢查如下圖所示，選中框中可選擇的熱源，輸入計算時間和組名，點擊計算進(jìn)行熱源的計算，進(jìn)行能量檢查， 計算的結(jié)果，可以再軟件的操作界面的命令行里進(jìn)行查看，如下圖所示：3.10小結(jié) 焊接向?qū)гO(shè)置是焊接過程中最重要的一環(huán)，只有進(jìn)行正確的設(shè)置，才