第37卷第7期 2016年7月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 网格尺寸对双随球热源模型作用下
焊接温度场计算的影响
王薇，金成，史春元
（大连交通大学材料科学与工程学院，大连116028）
Vol.37 July
No. 7 2016
摘要：文中以Q345E薄板对接焊焊接过程为研究对象，基于双椭球功率密度分布体热源模型，利用ABAQUS有限元软件建立其1/2模型，通过数值模拟研究了不同网格尺寸对焊接温度场的计算精度和计算效率的影响，结合数值积分计算，分析比较了不同网格尺寸下，理论热输入与实际热输人的差别，提出了适宜的网格尺寸，计算结果表明，随着网格尺寸的不断减小，收敛时间变长，CPU计算时间变长，焊接温度场的最高温度、焊接熔池的宽度和深度减小；当网格尺寸减小至双椭球功率密度分布热源深度方向长度的1/2时，理论热输入与实际热输人偏差较小，得到的焊接温度场最高温度、焊接熔池宽度和深度也趋于恒定
关键词：双椭球功率密度分布体热源；网格尺寸；焊接温度场；数值模拟
中图分类号：TG444+.1 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2016)07003905
提出，该模型设定焊接熔池的前半部分和后半部分均为1/4椭球，热流密度在半椭球体内按高斯函数
焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，焊接温度场的准确计算是定量计算焊接冶金、分析焊接应力与变形和实现焊接自动化控制的重要基础。网格尺寸是决定焊接温度场的计算精度和计算效率的一个重要因素：现阶段主要有静态网格划分技术和动态网格划分技术两大类，静态网格划分技术是在模拟之前完成网格划分，在求解复杂结构焊件时，若网格尺寸较小，则建立的网格规模较大，求解时间长，数据存储空间庞大，计算效率较低，反之则计算精度较低；动态网格划分技术是在模拟过程中的每个时间步，通过某一准则决定是否进行网格细化或粗化，虽提高网格划分精度，但增加了每个时间步的额外计算时间和新旧网格之间数据转换时间[2-6]
文中旨在静态网格划分技术下应用ABAOUS 三维有限元软件，采用双椭球功率密度分布热源模型对薄板焊接温度场进行数值模拟，同时辅以理论分析计算，得到最适宜的网格尺寸，导求精度和效率
两者之间的平衡 1
基础理论
1.1双椭球功率密度分布热源模型
双椭球形功率密度分布热源模型汀由J.Goldak 收稿日期：2014-09-04
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51105049）
正态分布，中心部分有最大值，从中心到边缘呈指数曲线下降。图1为双椭球热源模型示意图
图1双椭球功率密度分布热源示意图
Schematic diagram of a heat source with doutle el-
Fig.1s
lipsoidel powerdenoity distrbution
双椭球功率密度分布热源"}表达式为前1/4椭球的功率密度函数
63(fQ)
qr(x,y,z) :
exp
atbc
_3_3_32
0
a-62
(1)
后1/4椭球的功率密度函数：
_63(f.Q)
q.(x,,):
exp
_3x_3y2_32
0
a
62
(2)
式中：a:和a.分别表示前后1/4椭球的x方向的半