摩托车车架焊接模拟

1、学生学生： 夏大彪，陈琳夏大彪，陈琳车架焊接设计分析进展车架焊接设计分析进展2014年10月29日利用Solidworks 2012 建模简图如下：立管下管主管对摩托车车架焊接变形的分析优点方便、结构刚度大、整体性好、生产工艺简单、生产周期短、成本低等缺点易产生焊接变形和焊接残余应力等，从而影响到产品结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性车架的焊接方法和工艺参数焊接方法：二氧化碳气体保护焊，操作比较简单，内部缺陷较少，质量高。焊接参数：电流 160180A, 电压1720V材料参数：材料材料温度温度/屈服极限屈服极限/109MPa弹性弹性模量模量/1011MPa切变模量切变模量/1010MPa密

2、度密度/Kg/m3泊松比泊松比导热导热系数系数/W/(m*)线胀系数线胀系数/-1比热比热容容/J/(Kg*)钢301.42.062.0678000.316.31.06*10-55025001.01.71.710000.50.90.915000.070.20.220000.0070.010.01方法验证：由于实际车架的模拟很复杂，若ansys中的模拟结果不合理，则会导致时间的浪费。因此我们首先使用简单模型在ansys中进行验证性模拟，观察结果与实际情况的差别，进而选择继续或中止。简化模型模拟结果温度分布图应力分布图应变分布图温度-时间应力-时间应变-时间模拟结果下步计划针对上述问题的几点优化改

3、进：1、3D模型改进：扫描成形（无导引线）扫描成形（双导引线）焊缝与管壁间的贴合更一致，模型间无交叉，更利于模拟2、模拟方式改进：原本仅使用焊缝区一次整体温度加载后计算热量传递导致温度及应力变化模式进行模拟，但实际情况是焊接时焊缝的形成是有先后顺序的，后形成的焊缝区会对先形成的焊缝区的温度及应力产生较大影响。ANSYS 13.0 中可采用建立可移动高斯热源，配合单元生死技术，更精确地模拟焊缝形成的实际过程。电弧的热分布分析抽象出的高斯热源1、网格划分：改进后的模拟：2、加载：打开大变形选项防止由于变形量的过大导致计算结果不收敛焊缝部位加密网格2、加载和求解：设定载荷步选项边界条件设置热源移动冷

4、却过程计算定义载荷值和时间值定义边界条件值使用APDL语言驱动或函数驱动删除内热源，直接计算3、温度场后处理：查看等效应力云图和等效温度云图4、实际模拟结果：4.1 当导入车架模型并进行相应加载及计算后，4个小时内solve只进行了不到1/50。原因分析：焊缝使用的是扫描成形，形状较复杂，在添加高斯热源时要求对焊缝进行分段。其每经过一段焊缝，此段焊缝即被激活，开始被计算。因为焊缝形状复杂，焊缝的分段也要更精细，以确保最终结果的准确度，这可能就是导致计算量剧增的原因。4.2 为了证明上述分析的正确性，特采用形状最简单的矩形板进行类似处理，并观察结果如下：温度云图应力云图读取结果表明：T=7.02

5、s及T=10.02s时应力都较小，冷却结束时（T=3610s）应力较大，约为331MPa4.3 从验证模拟的结果上来看，高斯热源法可以近似模拟规则形状的零件焊接时的应力及温度分布情况。但当形状较为复杂的时候，模拟过程复杂程度增加，计算量偏大。在不会对结果的准确度产生较大影响的条件下，如果能为高斯热源找到更简单的移动路径，焊缝的分段形式能更简化，应该会大大减少计算量，节约计算时间。曲面扫描成形单根曲线4.4 焊缝建模的改进SolidWorks2013 相交命令的应用空壳结构网格划分结果：无报错或警告弹出4.5 模拟阶段分析在搜集的大部分ANSYS模拟应用文献中，几乎都是模拟平板焊接，少量文献也是

6、模拟的正圆形焊缝，对复杂外形焊缝则更少。对ANSYS焊接模拟中的驱动函数进行分析发现，其路径的定义仅仅是简单的用除法将平直板分段，如果对非规则的焊缝进行分段的话，则无法使用除法。而且即使使用十分复杂的方法实现了焊缝的划分，较精确的计算量也十分巨大（段数比规则板大两个数量级），实现起来也很困难。循环函数片段存储节点相邻单元的数量计算三层焊缝温度场，循环开始第一层焊缝质心参数（坐标值）分段直接使用除法实现总结使用ANSYS对焊接进行模拟时，采用的是先进行建模将零件及焊缝都建立出来，然后对焊缝进行单元生死处理。焊接的热源采用可控制移动轨迹和速度的高斯热源。高斯热源每经过焊缝的一个小段，此处的焊缝小段就被激活，并可参与到热模拟计算中。此种方法的缺陷就是要求焊接零件