焊接是一个涉及电弧物理、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、冷却时的相变、焊接应力和变形等。一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。 本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论,并结合数值计算的方法,对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究,提出了基于ANSYS软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法,并针对平板堆焊问题进行了实例计算,而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。 本文研究的主要内容包括:在计算过程中材料性能随温度变化而变化,属于材料非线性问题;选用高斯函数分布的热源模型,利用函数功能实现热源的移动。建立了焊接瞬态温度分布数学模型,解决了焊接热源移动的数学模拟问题;通过改变单元属性的方法,解决材料的熔化、凝固问题;对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟,解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题;对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟,利用本文模拟分析方法,可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。 本文建立了可行的三维焊接温度场、应力场的动态模拟分析方法,为优化焊接结构工艺和焊接规范参数,提供了理论依据和指导。