使用Abaqus进行焊接模拟工程师指南V2.0

焊接分析介绍

焊接是通过加热、高温或高压将金属或热塑性材料接合的工艺，焊接过程中的物理与化学变化直接影响接头的力学性能，并可能引发应力和变形。传统的工艺试验方法难以达到理想效果，因此，越来越多的企业开始采用有限元仿真来分析焊接过程。

焊接技术种类繁多，包括MIG、MAG、TIG焊接、激光焊接、电阻焊和搅拌摩擦焊等，其中电弧焊和激光焊因热输入量大，容易产生较为明显的变形，成为研究重点。

焊接分析中的关键问题包括：

1. 热源定义：焊接热源具有高斯分布，与普通传热分析不同，需要特别处理。热源路径：焊接热源随时间移动，路径复杂，不像普通传热固定在一个位置。计算效率：热机耦合分析计算复杂，需要通过优化网格和简化算法提升效率。

解决这些问题的常用方法是通过Fortran子程序和Python脚本定义热源和热源路径，并在计算中改进网格和算法以提升效率。

热源模型

焊接热源模型是用于描述热输入在时间和空间上的分布的数学表达，通常用于焊接过程的数值模拟中。热源模型的选择和参数设定直接影响模拟结果的精度，尤其是在焊接温度场、流场、应力和应变的计算中。

焊接热源模型可以分为静态热源模型和动态热源模型：

• 静态热源模型：假设热源在焊接过程中不随时间变化，适用于热输入分布较为均匀的情况。这是当前大多数焊接数值模拟中使用的模型。动态热源模型：热源在焊接过程中随时间变化，更加符合实际焊接过程，但增加了计算的难度和时间成本。

在焊接过程的数值模拟中，焊接热源具有局部集中、瞬时和快速移动的特点，易形成温度梯度较大的不均匀温度场，导致焊接应力和应变。热源模型研究的关键问题包括：

• 热量的分配：即热源有多少热量作用在工件上。热量分布：热量如何在工件上分布。

选择合适的热源形式和参数对焊接模拟的准确性至关重要。为确保模拟结果的可靠性，通常需要对热源模型进行校核。热源校核是通过比较模拟的熔池边界与实际焊缝熔合线的匹配程度来确定热源模型的合理性。

根据热源的作用方式，焊接热源模型可以分为：

• 点热源：热量集中在一个点上，适用于小范围高热输入情况。面热源：热量分布在一个面上，适用于较大范围的焊接过程。体热源：热量分布在一个体积内，用于模拟更复杂的焊接情形。

面热源和体热源还可以根据热量分布的数学形式进行进一步细分。

以前看到一本国外的写的最近写的《使用Abaqus进行焊接模拟工程师指南》感觉写的不是很好，又很多人问我这个该怎么做，就自己编辑了一本本《使用Abaqus进行焊接模拟工程师指南V2.0》,首先从原理上介绍了一些相关知识，然后用ANSA与abaqus分享了常见的：

• 用子程序模拟热源的热力耦合焊接仿真

部分子程序代码

• 焊接仿真中如何实现生死单元

以及如何编写程序，自动生成生死单元的排列。

• 以及搅拌摩擦焊如何实现以及注意事项

当然知识星球和公众号《ANSA与CAE分享》中还有很多其他内容，欢迎有兴趣的同学加入，一起探讨进步。