焊接仿真的简化之道——二维焊接探讨
前言
焊接仿真之前一直存在于高校的课题组中，用于实际仿真分析的并不多，尤其是企业级别的应用。其原因不外乎这么几种，计算精度和计算效率。其中对计算精度的苛责，其实有时候走入了歧途，企业对结果的需求往往和高校是有所区别的。以车辆的焊接仿真为例，对变形的重视往往要大于对应力的重视。这并不是说应力分析不重要，而是角度不同。焊接的应力已经通过其他方式去评判工艺的安全性（焊接仿真对大构件的应力计算其实也很难算准），但是焊接变形却对后续的安装造成重大的影响。当关注点调整后，我们发现其实计算精度的问题，可以根据关注点的不同进行调整。在此基础上，企业对计算效率的要求更加重要。这是我们需要同时考虑的。
01 三维焊接仿真
三维焊接仿真其实我们做的非常多，也用的很多，最常见的就是双椭球热源的使用。其理论研究比较充分，也广泛见于各大期刊。但是其最大的问题是计算效率。极其的慢。
3D实体单元焊接
在实体单元的焊接过程中，构件可以实现较为真实热过程，整体的应力应变也符合试验结果。但是！由于复杂的热机耦合过程，对求解成本要求非常高，对于大构件而言，性价比极其低。
02 二维焊接仿真
为了提高焊接速度，不得不对焊接过程进行简化。具体的方法有很多。常见的有：大热源法，热循环曲线法，固有应变法等。各有应用场景和适用范围。当我们的焊接构件呈现通长件，焊缝也是通常，并且关注点是焊接后横向的翘曲问题时，可以使用二维的焊接仿真。
二维焊接仿真
那么二维焊接仿真的结果具不具有实际性呢？本文来讨论下。
03 对比模型建立
实体模型
二维模型
其余边界条件一模一样。焊接热源选择双椭球热源，热源参数完全一致。进行结果分析。
04 温度场分析
温度场是焊接过程的重要部分。先取焊接过程进行分析。为了便于观察，将二维的模型进行拉伸处理：
取实体模型的中间截面，进行对比
从上图可以看到，两者经历较为相同的热过程。最大温度也较为接近。此处应该贴个数据图标进行对比，笔者偷个懒。只用截图了账。
从熔池的形状来看，两者几乎一样。由于实体单元的尺寸较大，在细节上，没有二维单元连续，显得较为粗糙。在温度极值上，两者也较为接近。
所以，在温度场上，用二维的方法并无问题，甚至可以用二维的来实现三维单元热源的校核。
05 应力和变形
应力和变形是一对老搭档。我们放在一块来看。先看下把变形放大10倍后的应力动图
从上面两个动图可以看到：1.变形几乎一致2.应力差距较大，使用二维的应力值明显大于使用实体单元的。
对于变形结果，再提供几个图片，供大家自行分析，我就不班门弄斧了。
06 初步结论
在通长件的仿真过程中，如果采用二维单元进行焊接仿真，具有如下优势：
计算速度极快
可以得到较为真实的温度场
可以得到较为真实位移
但是由于二维单元忽略了纵向的温度变化，使得在应力的结果上有较大差异（这种问题在大热源及热循环曲线方法上同样存在），使得应力的结果失真较为明显，不适宜使用此方法研究应力的变化。
