一种高斯热源加载算法一种高斯热源加载算法一种高斯热源加载算法一种高斯热源加载算法.pdfVIP

维普资讯 焊管 ．第30卷第3期 ．2007年5月 ·21· ●试验 与研 究 一 种高斯热源加载算法 董克权，张 建 (广东肇庆学院 电子工程系，广东 肇庆526061) 摘 要：采用焊接仿真用到的经典高斯热源模型，设计了基于表参数热流密度加载算法。结 合有限元模型的网格划分要求，详述了算法中热流密度的存储技术及计算方法，并图示了整个 算法的流程。用此算法对双丝埋弧焊接实例进行了仿真，并给出了瞬态热分析结果。 关键词：高斯热源；热流密度；加载算法 中图分类号：TG402 文献标志码：A 文章编号：1001—3938(2007)03—0021—03 0 引 言 1 算法的相关模型 焊接热过程的准确计算是焊接冶金定量计 1．1 高斯热源模型 算、焊接应力应变分析和焊接过程 自动化的前提。 有关试验研究表明，高斯热源模型能够表征 焊接热过程取决于外加热源的分布形式、材料的 焊接电弧的热流分布特征 。高斯热源模型如 热物理性能以及材料与周围的换热等因素。对于 图1所示。 焊接温度场有限元计算过去大多局限于二维问 题…，近年来 ，计算机技术快速发展使焊接过程 的三维数值仿真研究成为焊接研究的热点。焊接 是个局部快速加热到高温并随后冷却的过程，随 着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急 q l 剧变化，材料的热物理性能也随温度剧烈变化，同 时还存在熔化和相变时的潜热现象。因此，焊接 温度场分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。 ． fI1． O APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)是 dH 大型有限元分析软件ANSYS自带的一种批处理 语言，它不仅能提供一般程序语言的功能，并能访 图1 高斯热源模型 问ANSYS有限元数据库，用于实现参数化的有限 元分析、分析批处理、专用分析系统的二次开发以 图中，O为热源的中心，d 为焊接电弧有效加 及设计优化等，为ANSYS的高级应用提供了一个 热直径。高斯热源模型的热流密度公式为 有力的工具 J。本研究以经典 的高斯热源模型 g=q~=exp(一cr)， 为基础，充分考虑并结合有限元模型的网格划分 式中：g为热源有效加热范围内半径为 r处的表 与热流密度的加载方式，设计了基于表参数热流 面热流；g 为热源加热斑点中心的最大热流；c 密度加载算法，以实现焊接热源的移动。并用此 为热源集中系数，是与焊接方法相关的常数。 算法对双丝高速埋弧焊接进行了仿真，给出了瞬 1．2 有限元模型 态热分析的结果。 对平板焊接进行仿真的有限元模型如图2所 · 广东肇庆学院科研基金项目(项目号0636) 维普资讯 · 22· 焊 管 2007年5月 示。对平板焊接进行仿真时，通常取焊缝中心位 密度数组计算方法是将热源中心置于此载荷步对 于焊件宽度方向(图中的Y方向)的对称面(图中 应的焊缝中心的节点上 (图中的o)，计算焊件表 的