CAE仿真“焊接结构强度与稳定、焊接温度场与热应力仿真、振动计算与冲击失效模拟，疲劳寿命与断裂计算”高级培训

模块

主要内容

一、焊接连接结构

的建模方法

1、点焊结构建模方法

1.1梁-壳单元法 

1.2实体单元法

2、焊缝连接结构的实体建模方法

3、基于印记面技术的焊缝简化建模方法

4、焊缝连接结构的壳体建模方法

建模范例-1：点焊结构建模实例 

建模范例-2：焊缝连接结构建模实例

二、焊缝连接结构强度校核与安全性

评价方法

1、概述

2、焊缝连接结构的焊接接头形式与构造

3、对接焊缝强度设计与计算方法

4、角焊缝强度设计与计算方法

工程实例-1：焊缝连接钢板的焊缝设计与强度评价

三、焊接连接结构的非线性分析

1、几何非线性理论 

2、非线性有限元控制方程

3、非线性有限元控制方程求解方法

4、载荷步/子步/平衡迭代步 

5、收敛准则   

6、ANSYS WB非线性计算设置技巧

工程实例-1：点焊结构弹塑性分析

四、移动热源模型子程序开发与Ansys workbench嵌入方法

1、概述

2、移动热源模型的分类

3、高斯平面热源模型 

4、双椭圆平面热源模型

5、半球状体热源模型 

6、圆柱体热源模型

7、旋转高斯体热源模型 

8、锥形体热源模型 

9、双椭球体热源模型

10、均匀体热源模型

11、组合热源模型

12、高斯热源插件（Moving_Heat_Flux插件）设置原理

13、均匀体热源插件设置原理

14、热源模型选用准则与分析        

工程实例-1：高斯平面热源模型子程序开发、嵌入与试验验证

工程实例-2：高斯平面热源插件的应用与试验验证

工程实例-3：双椭球体热源模型子程序开发、嵌入与试验验证

工程实例-4：锥形体热源模型子程序开发、嵌入与试验验证

工程实例-5：均匀体热源模型子程序开发、嵌入与试验验证

工程实例-6：组合（平面热源+锥形体热源）热源模型子程序开发、嵌入与试验验证

五、焊接温度场有限元计算

1、常见焊接工艺的技术参数 

2、焊接传热基本定律

2.1热传导 

2.2热对流

2.3热辐射

3、非线性瞬态温度场传热的有限元分析   

4、焊接传热计算的材料参数 

5、焊接传热的边界条件及其原理

6、焊接传热模拟的网格设置要求

7、焊接瞬态温度场计算的时间步长设置要求

8、单元生死技术   

9、移动热源+单元生死技术模拟分层焊接

10、基于三维体移动热源+单元生死技术的焊接插件

11、负温和低于环境温度的原因与消除方法

操作示例-1：T型焊接接头多道焊缝模拟

工程实例-1：CO₂气体保护焊堆焊焊接钢板温度场仿真、熔池形貌分析与试验验证

工程实例-2：双椭球热源模型焊接不锈钢温度场仿真、熔池形貌分析与试验验证

工程实例-3：激光深熔焊接钛合金构件温度场仿真、熔池形貌分析与试验验证

工程实例-4：电子束焊接厚板温度场仿真、熔池形貌分析与试验验证

工程实例-5：基于移动热源+单元生死技术的钢主梁U型加劲肋焊接过程温度场仿真

六、焊接热应力有限元计算

1、概述

2、结构材料本构模型

3、结构材料非线性

3.1屈服准则 

3.2流动准则

4、非线性瞬态结构响应的有限元分析

5、焊接热应力计算的材料参数

6、焊接热应力计算的边界条件

7、焊接热应力计算的网格设置要求

8、焊接瞬态热应力响应计算的时间步长设置要求

9、焊接残余应力分析与计算

10、焊接残余应变分析与计算

工程实例-1：角钢焊接过程热应力与焊后残余应力计算

七、消除（减小）残余应力的ANSYS

模拟方法

1、概述

2、残余应力的释放机制

3、焊后热处理法 

4、振动时效法

5、超声冲击法 

6、喷丸法

7、机械拉伸法

8、各种残余应力释放方法的模拟方法       

9、残余应力释放计算的设置原理与技巧

工程实例-1：角钢焊接残余应力计算与焊后热处理仿真

八、摩擦搅拌焊焊接仿真

1、概述 

2、热源数学模型

3、摩擦搅拌焊工艺仿真技巧

4、单元与网格

5、接触处理方法与技巧

6、材料参数的准备与设置

7、边界的设置

8、搅拌头下扎、预热和摩擦搅拌前行工况的处理与设置

9、求解控制技巧与处理

工程实例-1：304L不锈钢钢板焊接模拟温度场与焊接应力计算

九、考虑焊接残余应力的焊缝连接

结构模态分析

1、模态分析简介 

2、模态计算理论

3、固有频率与模态振型 

4、参与系数，有效质量

5、模态提取方法 

6、模态计算中接触设置

7、模态计算设置

8、有焊接残余应力结构的模态分析方法

9、非线性模态及其求解方法（线性摄动法）

工程实例-1：考虑焊接残余应力的大型门式钢框架模态

十、考虑焊接残余应力的焊缝连接

结构振动

响应计算

1、概述

2、结构动力响应分析的响应谱方法

3、响应谱方法的设置原理与操作技巧     

4、结构动力响应分析的瞬态动力学方法

5、瞬态动力学方法的设置原理与操作技巧

工程实例-1：考虑焊接残余应力的大型门式钢框架地震响应计算（反应谱+瞬态动力学方法）

十一、点焊冲击计算

1、概述

2、焊点失效模型

3、点焊失效的计算原理 

4、软件设置与操作技巧

工程实例:1：点焊连接铝合金薄板的冲击失效计算

十二、点焊疲劳计算

1、概述

2、焊点疲劳计算的有限元模型

3、疲劳应力的计算 

4、焊点S-N曲线

5、焊点损伤计算 

6、点焊疲劳计算流程

7、Ncode点焊疲劳计算设置

工程实例-1：车身减振器支座焊点疲劳计算

十三、基于名义应力法的焊缝疲劳计算

1、概述

2、焊缝名义应力Ｓ-Ｎ曲线

3、名义应力Ｓ-Ｎ 曲线的修正

4、焊接细节

5、疲劳强度等级 

6、IIW（国际焊接协会）标准

7、BS7608（英国标准学会）标准

8、DNV（挪威船级社）标准

9、ABS（美国船级社）标准、           

10、ncode焊缝疲劳计算设置技巧

工程实例-1：管球焊接接头的疲劳试验与名义应力法数值仿真对比分析

十四、基于热点应力法的焊缝

疲劳计算

1、概述

2、热点应力的分类与外推方法

3、热点应力Ｓ-Ｎ 曲线 

4、焊接细节

5.疲劳强度等级 

6、IIW（国际焊接协会）标准

7、BS7608（英国标准学会）标准

8、DNV（挪威船级社）标准

9、ABS（美国船级社）标准              

10、ncode焊缝疲劳计算设置技巧

工程实例-1：管球焊接接头的疲劳试验与热点应力法数值仿真对比分析

十五、焊接结构疲劳裂纹扩展

寿命计算

1、概述

2、ΔK-da/dN 曲线定义

3、疲劳裂纹扩展寿命预测模型

4、计算步骤

5、应力强度因子计算方法              

6、疲劳裂纹扩展寿命分析流程

工程实例-1：钢板T型焊接接头的焊缝裂纹扩展寿命

十六、跟SCI论文做

仿真

1、摩擦搅拌焊仿真

Numerical simulation of transient temperature and residual stresses in friction stir welding of 304L stainless steel. Journal of Materials Processing Technology.

2、电子束焊接厚板

Numerical Investigation of Residual Stress in Thick Titanium Alloy Plate Joined with Electron Beam Welding.METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B.