Ansys Workbench高斯移动热源模拟焊接过程的一种方法

1. 问题阐述：三维平板堆焊焊接残余应力分析，先分析焊接温度场，然后转化为结构分析焊接残余应力，板材模型为0.2×0.2×0.006m，焊接速度10mm/s。考虑其对称性，建立了板材的一半模型进行分析，模型如图所示。

2. 网格划分：靠近焊缝的部位网格要细化，一是保证焊缝位置温度场计算结果的均匀性，防止出现温度跳跃分布不均匀的情况；二是提高应力分析计算精度。

3. 高斯移动热源的加载：对需要加载热源的表面进行named selection操作并命名为A1、A2，因为后面的高斯热源加载采用的是APDL，需要为APDL定义可识别的名称，为后面加高斯热源作准备。

4. 插入命令流：插入Command命令并定义高斯移动热源，详细命令流如下：
*DEL,_FNCNAME 
*DEL,_FNCMTID 
*DEL,_FNC_C1
*DEL,_FNC_C2
*DEL,_FNC_C3
*DEL,_FNCCSYS 
*SET,_FNCNAME,'GAOSI' 
*DIM,_FNC_C1,,1 
*DIM,_FNC_C2,,1 
*DIM,_FNC_C3,,1 
*SET,_FNC_C1(1),2000 
*SET,_FNC_C2(1),0.01 
*SET,_FNC_C3(1),0.007 
*SET,_FNCCSYS,0 
! /INPUT,HANJIE.func,,,1
*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,19,1,,,,%_FNCCSYS% 
! Begin of equation: Qm*exp(-3*({X}^2 ({Y}-V*{TIME})^2)/R^2)
*SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999 
*SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(3,0,1), %_FNC_C1(1)%
*SET,%_FNCNAME%(4,0,1), %_FNC_C2(1)%
*SET,%_FNCNAME%(5,0,1), %_FNC_C3(1)%
*SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0 
*SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, -1, 0, 0, 0, 0, 0 
*SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0.0, -2, 0, 1, 0, 0, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0, -3, 0, 1, -1, 2, -2
*SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0.0, -1, 0, 3, 0, 0, -3 
*SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0.0, -2, 0, 1, -3, 3, -1
*SET,%_FNCNAME%(0,6,1), 0.0, -1, 0, 2, 0, 0, 2 
*SET,%_FNCNAME%(0,7,1), 0.0, -3, 0, 1, 2, 17, -1
*SET,%_FNCNAME%(0,8,1), 0.0, -1, 0, 1, 18, 3, 1 
*SET,%_FNCNAME%(0,9,1), 0.0, -4, 0, 1, 3, 2, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,10,1), 0.0, -1, 0, 2, 0, 0, -4
*SET,%_FNCNAME%(0,11,1), 0.0, -5, 0, 1, -4, 17, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,12,1), 0.0, -1, 0, 1, -3, 1, -5 
*SET,%_FNCNAME%(0,13,1), 0.0, -3, 0, 1, -2, 3, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,14,1), 0.0, -1, 0, 2, 0, 0, 19
*SET,%_FNCNAME%(0,15,1), 0.0, -2, 0, 1, 19, 17, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,16,1), 0.0, -1, 0, 1, -3, 4, -2 
*SET,%_FNCNAME%(0,17,1), 0.0, -1, 7, 1, -1, 0, 0
*SET,%_FNCNAME%(0,18,1), 0.0, -2, 0, 1, 17, 3, -1 
*SET,%_FNCNAME%(0,19,1), 0.0, 99, 0, 1, -2, 0, 0
! End of equation: Qm*exp(-3*({X}^2 ({Y}-V*{TIME})^2)/R^2)
D,A1,TEMP,%GAOSI%
D,A2,TEMP,%GAOSI%

5. 瞬态热分析：对瞬态热分析进行相应的设置，设置好热分析的步长和对流条件，然后就是求解，大概需要10分钟。不同时刻时的温度场结果如下。

6. 瞬态热应力分析：把上述瞬态热分析的结果转化为瞬态结构分析，把温度场作为焊接残余应力分析的热载荷，进行热应力的求解计算。

在瞬态结构分析模块里，设置好焊接约束条件，设置好时间和步长，读取每一步温度载荷作为热载荷进行结构分析，要注意设置热载荷读取的时间和结构分析时间一致（默认条件下结构分析读取热分析的最后一步作为热载荷）。求解时间大概半个小时，不同时刻计算的应力场分布结果如下。

不同时刻计算的焊接变形结果如下：