利用lsdyna进行钢结构焊接分析案例介绍 原创

1.1. 案例背景

钢结构焊接是现代工程中至关重要的一环，特别是在像钢桁架梁这样的结构中，焊接质量直接影响结构的整体稳定性和承载能力。本案例通过LS-DYNA对钢桁架梁的焊接过程进行了仿真分析，重点关注了焊接过程中温度场和应力场的变化。通过这个案例，我们深入探讨了焊接顺序、热影响区的形成以及热应力的分布。

1.2. 案例概述

本案例的研究对象是一个钢桁架梁模型，弦杆顶板与腹板通过两道角焊缝连接。焊接过程中的热输入和焊接顺序的时间差是分析的重点。具体分析了外侧角焊缝和内侧角焊缝的施焊时间差，分别模拟了外侧焊缝先施焊、内侧焊缝后施焊的情况。通过仿真，我们观察了温度场和应力场的演变过程，并探索了焊接过程对钢结构性能的影响。

      

图1-1 弦杆几何构造及模型

案例特点：

焊接方式：使用两道角焊缝连接顶板与腹板。

焊接顺序：外侧焊缝先进行施焊，内侧焊缝后施焊，存在时间差。

分析重点：温度场和应力场的演变，焊接顺序对焊接质量和结构性能的影响。

1.3. 建模与仿真设置

1. 几何模型

几何模型为钢桁架梁的弦杆顶板与腹板，焊接区域位于两者的接触处，焊接采用L型角焊缝。具体模型结构可以在提供的HyperMesh网格源文件中查看。模型尺寸包括模型长度、顶板和腹板的厚度，焊接区域的形状及位置等。

2. 网格模型

网格模型通过HyperMesh创建，使用四面体单元和壳单元结合的方式，细化了焊接区域的网格，以确保温度和应力场的精确捕捉。网格文件已提供，可以通过HyperMesh软件查看和修改网格参数。

图1-2 网格模型

3. 焊接过程的热源设置

在LS-DYNA中，焊接热源通过K文件进行设置。热源使用高斯热源模型来模拟焊接过程中热输入的分布，焊接过程分为两步，先施加外侧角焊缝热源，再施加内侧角焊缝热源。具体的时间控制和热源设置都已在K文件中配置完成。

外侧焊缝：热源施加在焊接区域的外侧，模拟外侧焊缝的加热过程。

内侧焊缝：内侧角焊缝的热源在外侧焊缝施焊完成后施加，以模拟时间延迟效应。

4. 温度场与应力场分析

通过对热源施加顺序的设置，我们分析了焊接过程中的温度场和应力场：

温度场：外侧焊缝施焊后，焊接区域温度迅速升高，形成明显的温度梯度；内侧焊缝由于延时施焊，温度场的上升较慢，但仍然能够观察到焊接区域的热影响。

应力场：由于温度变化引起的热膨胀与收缩，产生了焊接热应力。外侧焊缝的应力集中较为显著，内侧焊缝施焊时的应力分布受外侧热应力的影响，形成了更复杂的应力场。

图1-3 温度场

图1-4 应力场

1.4. 总结与应用

通过本案例的分析，我们可以得出以下结论：

焊接顺序与时间差对焊接质量有重要影响：外侧焊缝的先施焊能够有效控制热影响区的形成，内侧焊缝的延时施焊有助于减少焊接过程中产生的应力集中。

温度场和应力场是焊接分析的关键因素：温度场决定热影响区的大小，应力场则影响焊接接头的强度和稳定性。

仿真技术为焊接工艺优化提供数据支持：通过LS-DYNA仿真，能够在设计阶段识别潜在的焊接缺陷，进而优化焊接工艺，提升焊接质量。

本案例为钢结构焊接分析提供了实际的仿真数据与分析方法，尤其对有类似需求的工程项目提供了很好的参考。通过LS-DYNA的热-力耦合仿真技术，能够更加精准地预测焊接过程中的温度变化和应力分布，进而优化焊接设计，提升结构的安全性和稳定性。

1.5. 案例文件下载

如果您对本案例的仿真方法感兴趣，或需要了解更多关于LS-DYNA焊接分析的技术细节，可以通过提供的K文件和HyperMesh网格源文件进行深入学习和研究。这些文件将帮助您更好地理解和应用焊接分析的相关技术。