个性化实验报告
姓名：何海明
学号：10L069207
课题：ANSYS在焊接中的应用学院：理工学院
指导老师：闫俊霞
ANSYS软件在焊接中的应用
ANSYS软件是目前应用最广的有限元软件之一，连续多年被评为世界上最优秀的分析软件。

经过几周学习软件的应用，浏览图书管里本软件在焊接中应用的一些文献、期刊、论文等，我对ANSYS软件有了初步的了解，下面就我了解的一些东西，简单叙述一下。

焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金、和力学的复杂过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的变相、焊接应力与变形等。

要得到一个高质量的焊接结构必须控制这些因素。

一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。

由于焊接是一个局部快速加热到高温，并随后快速冷却的过程。

随着热源的移动，整个焊接件的温度随时间和空间急剧变化，材料的物理性能参数也随温度剧烈变化同时还存在熔化和相变时的潜热现象。

因此，焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。

因为焊接温度场分布十分不均匀，在焊接过程中和焊后将产生相当大的焊接应力和变形。

焊接应力和变形的计算中既有大应力、大变形等几何非线性问题又有弹塑性变形等材料非线性问题。

一、下面就四方面论述一下ANSYS软件在现代焊接中的应用：
1、能源方面
目前，焊接热源已非常丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离于、电子束、激光束、微波等等，但焊接热源的研究与开发并未终止，其新的发展可概括为三个方面：首先是对现有热源的改善，使它更为有效、方便、经济适用，在这方面，电子束和激光束焊接的发展较显著；其次是开发更好、更有效的热源，采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度，例如在电子束焊中加入激光束等；第三是节能技术。

由于焊接所消耗的能源很大，所以出现了不少以节能为目标的新技术，如太阳能焊、电阻点焊中利用电子技术的发展来提高焊机的功率因数等。

2、计算机在焊接中的应用
弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留，从而给出焊接质量的确切信息。

目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统、PID调节系统、最佳控制及自适应控制系统等。

这些系统均在电弧焊、压焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用。

计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人们的重视。

目前，计算机模拟技术已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等的模拟；数据库技术被用于建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等；在焊接领域中，ANSYS的应用正处于不断开发阶段，焊接的柔性制造系统也已出现。

3 、焊接机器人和智能化
焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式，焊接机器人的主要优点是：稳定和提高焊接质量，保证焊接产品的均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低了对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供了技术基础。

为提高焊接过程的自动化程度，除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外，还应实时控制焊接质量，为此需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况，如熔宽、熔深和背面焊道成形等，以便能及时地调整焊接参数，保证良好的焊接质量，这就是智能化焊接。

智能化焊接的第一个发展重点在视觉系统，它的关键技术是传感器技术。

虽然目前智能化还处在初级阶段，但有着广阔前景，是一个重要的发展方向。

有关焊接工程的专家系统，近年来国内外已有较深入的研究，并已推出或准备推出某些商品化焊接专家系统。

焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经验水平，以及具有解决焊接专门问题能力范围的计算机软件系统。

在此基础上发展起来的焊接质量计算机综合管理系统在焊接中也得到了应用，其内容包括对产品的初始试验资料和数据的分析、产品质量检验、销售监督等，其软件包括数据库、专家系统等技术的具体应用。

4、提高焊接生产率
提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力。

提高生产率的途径有二个方面：其一,是提高焊接熔敷率。

手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺；埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。

例如三丝埋弧焊，其工艺参数分别为2200A X 33V；1400A X 40V 1100A X45V，采用坡口截面较小，背面采用挡板或衬垫，50－ 6mm的钢板可一次焊透成形，焊速达到0．4m／min 以上，其熔敷效率是手弧焊的100倍以上。

其二,是减少坡口截面及熔敷金属量，近10年来最突出的成就是窄间隙焊接。

窄间隙焊接采用气体保护焊为基础，利用单丝、双丝或三丝进行焊接。

无论接头厚度如何，均可采用对接形式。

例如，钢板厚度由50－300mm，间隙均可设计为13mm左右，因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍地降低，从而大大提高了生产率。

窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。

为解决这两个问题，世界各国开发出多种不同方案，因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。

电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时，可采用对接接头，且不用开波口，因此是理想的窄间隙焊接法，这是它们受到广泛重视的重要原因之一。

二、ANSYS软件在焊接热传导中的应用
焊接传热学,就是研究被焊材料受热之后热的传播和分布的有关规律,它是决定焊接质量和焊接生产率的重要因素。

这是由于焊接热过程贯穿整个焊接过程的始终,包括被焊材料的加热、熔化、冶金反应、结晶、组织转变等,并且焊接各部位受不均匀加热及冷却,也会造成不均匀的应力状态,产生不同程度的应力变形和形变,严重焊接质量,同时焊接热过程也决定了母材及焊材的溶化速度,
也决定着焊接生产率。

因此针对焊接热过程开展的焊接传热学教学受到焊接及相关专业的广泛重视,是焊接专业的主要基础理论之一。

ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件,可广泛用于航空航天、机械制造、能源、汽车交通、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

截至目前国内外学者利用ANSYS软件针对焊接热过程已开展了大量的研究。

有鉴于此,本文从焊接传热学教学实践出发。

通过将有限元软件ANSYS引入焊接传热学的教学中,可形象的向学生展示焊接传热学的概念和模型。

提高学生的学习兴趣,使得学生加深对焊接传热学的了解和认识,增强学生的创造性思维。

三、基于ANSYS焊接残余应力有限元分析技术研究
焊接在工业中的应用是不言而喻的，但同时焊接过程中产生的残余应力往往又会导致焊接失效。

因此，在工业中一般都要对残余应力进行消除，但这种消应力处理往往在实际结构或环境中难以实现，就必须进行破坏性分析。

随着我国核反应堆的建设及运行，核级设备及管道会出现较多的缺陷，有的缺陷必须进行打磨后焊接修复，同时要进行力学分析评价，此时，力学分析就必须考虑由焊接而产生的残余应力。

对于焊接后结构中的残余应力大小及分布，会因结构形式、焊接方式及材料特性的不同而不同。

某核电站控制棒驱动机构(CRDM )耐压壳上部Ω环连续两年都出现了泄漏，并在检修期间进行焊接修复。

焊接公司委托美国公司对修复后的结构进行了力学分析和评定。

焊接残余应力的有限元计算是关键技术之一，也是难点。

通过本课题的研究，掌握有限元模拟焊接过程及残余应力计算，能够提高我国焊接修复工程缺陷的分析能力，优化不符合项的处理程序，达到既节约时间和资金又满足工作性能和安全性能的目的。

因此，进行焊接残余应力有限元分析技术的研究是非常有必要的。

以上是我对ANSYS软件的初步学习以及了解，由于时间问题深入学习以及利用ANSYS平台在焊接中建模还没有掌握，需要更加仔细认真的学习软件，以及继续阅读大量的文献、期刊、论文等有关ANSYS软件在焊接中的应用。