流换热对计算结果几乎没有影响可将其忽略。

但是在将热源作为热流密度的形式施加时，将对流换热考虑进来，否则计算结果将是不定值。

约束焊接构件的自由度，这要根据具体情况而定。

加载位移边界条件既要防止在有限元计算过程中产生刚体位移，又不能严重阻碍焊接过程中的应力自由释放和自由变形无外约束情况下。

分析选项的确定焊接温度场的分析是典型的非线性瞬态热传导问题，而焊接变形的计算则是大应便问题。

如果分析选项设置不当，通常会导致计算难收敛。

为此需作如下设置西南交通大学本科毕业设计论文第页采用牛顿拉普斯方法，每进行次平衡迭代，就修正次刚度矩阵，同时激活自适应下降功能打开大变形和大应变选项。

打开自动时间步长打开时间步长预测后处理以及其它的通用有限元软件都提供可视化的后处理功能。

后处理提供云图动画等较直观的结果显示，并且在云图上还可以点取些点并显示它的数值大小。

另外个较强大的功能是可以通过路径输出结果，即按规律变化定义系列点或者点击所要选取的点，那么这些有规律变化点的结果通过曲线或云图显示，对于看条曲线下的计算结果很方便。

同时还可以剖开物体查看物体内部节点的计算结果。

同时通过后处理，可以通过动画显示焊接过程温度的变化和焊件在整个焊接过程中应力应变等的动态变化过程，更直观的了解焊接热源的移动过程。

西南交通大学本科毕业设计论文第页第四章平板堆焊焊接变形的计算方法对比热弹塑性法焊接收缩力法是目前焊接变形数值模拟的两种主要方法，本章首先采用热弹塑性法，以平板堆焊为例，考虑了热源的移动，以语言编写了热机直接耦合法的求解程序，模拟出平板焊接过程中的瞬态温度场以及焊接变形值，并与焊接收缩力法计算出的焊接变形值进行了对比分析。

平板尺寸为，材料为，焊缝位置为下图中粗实线所示图焊件模型热弹塑性法计算温度场及焊接变形模型假设及焊接参数设定模型假设忽略金属的填充热敷作用材料为理想的塑性材料材料为各向同性忽略熔池流体的流动作用焊接参数如下电弧电压焊接电流焊接速度焊接热效率电弧有效加热半径西南交通大学本科毕业设计论文第页建立有限元模型选取单元由于本文计算焊接残余应变的方法是直接法，所以选取的单元应为耦合场单元。

虽然选用带中间节点的单元计算精度更高，但在热分析中容易造成计算的温度最小值比给定的初始温度低的弊端。

定义材料属性由于是非线性瞬态问题，需给定热导率比热容以及密度材料的热导率随温度变化值。

同时因采用直接法还需定义随温度变化的泊松比弹性模量线膨胀系数屈服应力。

因假设材料为理想塑性材料，所以没给出切变模量。

根据焊接大变形的特点，其塑性选项选区的是双线性等向强化。

使用双线性来表示应力应变曲线。

在定义材料特性时，要先定义弹性模量然后再定义双线性等向强化数据表。

材料性能如表所示表材料热物理性能参数西南交通大学本科毕业设计论文第页温度弹性模量线膨胀系数屈服应力切向模量泊松比表材料力学性能参数建摸与划分网格由图可知模型沿着平面左右对称，且里含有结果对称功能。

为了节省计算时间，减少计算步数，故只取其半边进行分析。

在建立有限元模型时，直接采用命令建立实体模型。

然后设定网格长度为，直接采用命令，在创建单元的同时并生成接点，并自动给所有的节点进行编号。

网格划分后的有限元模型为图有限元模型热源的模拟热源的选取西南交通大学本科毕业设计论文第页在焊接过程的模拟计算中，通常解析方法较简单，意义明确，易算，但由于它的假设太多，难以提供在熔合线热影响区处的精确计算结果，而且考虑不到电弧力对熔池的冲击作用。

采用有限元或有限差分法，在不考虑电弧挺度对熔池的影响的情况下，应用高斯分布的表面热流分布函数计算，并引入材料性能的非线性，进步提高高温区的准确性。

热源的施加对于表面堆焊，忽略熔敷金属的填充作用，如前所述采用高斯函数分布的热源模型，将热源以热流密度的形式施加。

材料表面离热源中心为的点的热流密度按公式，计算。

当节点距离中心点的距离小于有效加热半径时，按高斯分布公式计算出热流密度进行加载。

当距离大与时按热源输出为来处理。

由于平板的堆焊过程，热源直是移动的，本文采用移动的高斯热源模型，所编写的语言如下所示西南交通大学本科毕业设计论文第页边界条件的施加除了电弧所在的圆面加热流密度外，其他表面为对流换热表面，取对称面为绝热边界条件，初始温度设定为室温。

对材料施加的约束条件为在以原点为起始点，沿方向线约束，沿方向施加约束，沿方向施加约束，因所选用的模型是整个模型的半，故还要施加对称载荷。

施加约束的命令流是时间步长的确定和求解计算时间步长的大小关系到计算的精度，步长越小，计算精度越高，同时计算时间的西南交通大学本科毕业设计论文第页加长。

整个求解计算包括加热和冷却两个部分，加热过程共用完成，每为个步长，因此加热过程共有步考虑到要进行与收缩力法所算出的焊接变形作对比。

那么所算出结果定是焊后残余变形，故将冷却时间延长到。

由于计算机设备的局限，计算整个过程的时间是。

温度场的结果计算与分析具有生成动画功能，可以完整的显示整个焊接过程中温度场应变的变化。

可以清晰的看到随着热源的移动，材料上各点的温度随时间而变化，开始段时间内温度很不稳定，而且焊件升温迅速。

经过段时间后，焊件上会形成准稳定温度场，即焊件上各点随时间变化，但各点以固定的温度随热源起移动。

图为焊接时间，，，时的温度场西南交通大学本科毕业设计论文第页图温度场的动态变化图时的温度场分布时的温度场分布时的温度场分布时的温度场分布时的温度场分布时的温度场分布从上图可知，焊接时间为时，温度场处于准稳定状态。

下面是三个时间焊缝中心线上沿焊接方向上各点的温度分布曲线。

时的温度分布曲线时的分布曲线时的温度分布曲线图不同时刻沿焊缝方向的温度分布曲线图为近缝区温度场三维分布图，从图中可知，整个熔池区类似于个半椭球，熔池中心点温度很高，前部等温线密集，后部等温线比较稀疏。

造成这种情况的原因是，热源是个移动过程，当热源不断向前移动的过程中，离热源中心近的点受热源的影响较大，而离热源较远的点则逐渐冷却，热源对其影响较小。

西南交通大学本科毕业设计论文第页图温度场的三维分布图焊接过程中在垂直焊缝方向上，温度变化是不均匀的，近缝区的温度变化比较快，而远离焊缝区的各点的温度变化则比较慢。

图为焊件正中间平面内，在线上，沿焊缝的垂直方向上范围内各点在不同时间内温度变化时的温度分布曲线时的温度分布曲线时的温度分布曲线图焊件正中间各点温度变化情况此处距焊缝中心线的距离为，各点的热循环如图所示。

该图显示，焊接过程中，各点的温度都是先随时间的升高，当达到最高点时，随时间的增加，温度又由高到低，最后都是在冷却时，逐渐趋于固定值，即降到焊件的平均温度为止。

西南交通大学本科毕业设计论文第页图焊件正中间各点的热循环曲线焊接变形的结果计算与分析为了使焊件的焊接变形值更加明显，本节所使用的各组图皆扩大了倍。

为了能够更好的对比出焊接件，在焊接过程中和冷却过程中的变形值的对比情况，本文分别在焊接过程中和冷却过程中，各取了个点。

分别为。

图焊件的纵向焊接变形时的纵向焊接变形时的纵向焊接变形西南交通大学本科毕业设计论文第页时的纵向焊接变形的纵向焊接变形图为焊件在焊接在时，纵向焊接变形的正向最大值为。

焊件在焊接过程中，纵向焊接变形变化较大，因温度的受热不均匀，在热源中心处焊件变形比较大，出现了比较大的凸起，纵向焊接变形值沿着焊缝逐渐增大。

冷却过程中，焊接变形的变化没有焊接过程中那么剧烈。

时的横向焊接变形值相对时的变形值只改变了，在焊接过程中时的纵向焊接变形值相对与时的纵向焊接变形值变化却为。

并且焊件的横向变形出现了负向值，而且负向值也是先增大后缩小，表明在焊接过程中，纵向先是膨胀，然后收缩。

图焊件的横向焊接变形时的横向焊接变形值时的横向焊接变形值时的横向焊接变形值时的横向焊接变形值从图所示，时的横向变形值为，时的横向变形值为，时的横向变形值为，时的横向变形值。

并且四张图都有个特点是，焊件的横向焊接变形沿着方向是依次增大的，横向焊接变形在焊件的两端为最大，并且在横向焊接变形的数值从到是依次减少的。

出现此种情况的原因是焊缝长度上的各点温度不致，在热源附近的焊件热西南交通大学本科毕业设计论文第页膨胀变形不但受到板厚深处，而且受到前后温度较低的金属限制和约束而承受压力，使其在宽度方向上产生了变形横向变形沿焊缝长度上的分布不均匀，是因为先焊的焊缝的横向收缩对后焊的焊缝产生了个挤压作用，使后者产生更大的横向变形。

图图图图图总焊接变形的焊接变形，的焊接变形，的焊接变形的焊接变形图焊件在，时的总焊接变形。

时，焊件的焊接变形最大值为，时，焊接变形最大值为，时，焊件的焊接变形最大值为，时的焊接变形最大值为。

数据表明，焊接过程中焊接变形最为明显，冷却过程中，变形相对较为平稳，并且冷却过程中，总变形发生了回落，由减少到。

从图中可以看出，在焊接过程中，焊缝处受热向外膨胀，且由于局部受热过大，造成热源处凸起。

焊接后由于温度的降低，膨胀开始消失，甚至在焊缝出处产生压缩变形。

因计算时所加约束条件仅限制焊件的刚性位移，所以在图中焊接变形明显，特别是扭曲很大。

西南交通大学本科毕业设计论文第页焊接收缩力法计算焊接变形根据文献可知焊接变形主要是由于在焊接过程中受热不均匀产生变形，而焊缝冷却收缩使焊接结构件产生了焊接变形。

因此如果知道了收缩力的大小，把它作为初应力置于焊缝上，就可以通过次弹性有限元分析求得整个构件的焊