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近年来以铝合金为首的多种轻型材料在汽车制造、航空航天、轨道交通中的应用越来越多,而大量轻型材料的使用,不可避免要涉及到异种材料连接问题激光焊接具有功率密度高、热影响区和热变形小、焊缝深宽比大、焊接质量高等许多优点,此外,激光焊接还具有加工区域细小、能量密度高、热源易控制、热影响区窄等特点因此,激光焊接是钢/铝异种金属的理想焊接方法利用Ansys Workbench仿真平台可直接对焊接过程进行热固耦合数值求解,进而得到给定工艺参数条件下的温度场和应力场分布示意简单模型如下: 几何模型仿真过程中,对于模型三个部件,采用扫描方法划分六面体网格,板材厚度方向上,定义三层网格以捕捉弯曲变形效果;材料选用普通结构钢网格模型Ⅰ 激光焊过程瞬态热分析为了仿真激光焊接过程产生的热场分布,必须建立精确地热源对于这种移动热源施加问题,可以借助ANSYS软件的ACT工具“Moving_Heat_Flux”实现高斯热源载荷设置:移动热流率或移动热能量两种方式移动热流率源载荷:热动热能量源载荷:本案例中,采用移动热流率载荷,热源移动速度为5 mm/s,从初始时刻起,作用总时间44 s,激光能流量强度为7.5 w/mm2,作用区域半径5 mm结构外表面设置对流换热条件,环境温度22度移动热源载荷施加对流边界条件 求解可知,激光焊接过程的温度分布以及大于500度以上的热影响区域如下图所示激光焊接过程的温度分布大于500度以上的热影响区域Ⅱ 激光焊过程热应力分析进行瞬态热分析—静态结构分析的顺序耦合分析,将瞬态热分析获得的温度分布数据,传递到结构模块模拟激光焊接过程的热翘曲、热变形现象激光焊接热应力仿真流程支撑条件与温度导入如下:温度数据导入应力与接触状态(焊接紧固状态)变化如下结构应力与焊接紧固状态总结:ANSYS Workbench界面可以很方便的进行移动热源瞬态热分析,可以考虑实际焊接过程中结构连接状态与高温融合等因素的影响,解决焊接过程的温度场与热应力计算,为设计和工艺提供可靠的数据参考
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