1.网格划分

ANSYS提供两种网格划分方式:自由网格和映射网格。自由网格对单元形状没有限制，生成的单元也不规则。映射网格则要求一定规则的形状，且映射面只包含四边形或三角形，映射体网格只包含六面体单元。映射网格生成的单元比较规则，有利于载荷的施加和收敛的控制。在有限元分析中，一般来说，增加划分网格的密度可以提高计算结果的精确性，但网格密度的增加意味着计算量的增大，计算成本会上升。同时网格的密度也不能无限制的上升，一般以保证计算结果的精度在用户控制的范围即可。在实际应用用，一般对最感兴趣的区域采用较密的网格，远离这个区域可以用较稀疏的网格。在焊接过程中，焊缝和热影响区的温度梯度变化很大，所以该部分要采用加密的网格;而远离焊缝的区域，温度梯度变化相对较小，可以采用相对稀疏的网格。要获得一个良好的瞬态焊接温度场，一般来说焊缝处的单元网格应控制在2mm以下。对于三维规则的模型，一般先建立一个二维的映射网格，在通过拉伸的方法获得排列规则的六面体单元，这有利于载荷的施加。

2.载荷施加和求解

热分析的载荷主要有温度、对流、热流密度和生热率。对于焊接热源载荷，在ANSYS中可以用热流密度或生热率两种形式加载。对于表面堆焊问题，忽略熔敷金属的填充作用时，将热源以热流密度的形式施加载荷，可以得到比较满意的结果。但对于开坡口的焊缝或添角焊缝等，应将热源作为焊缝单元内部生热处理，以生热率的形式施加载荷，同时考虑金属的填充作用，运用生死单元技术，逐步将填充焊缝转化为生单元参与计算。

（1）设定载荷步选项

在瞬态分析中，施加的载荷是随时间变化的。对于每一个载荷步，必须定义载荷值和时间值，以及载荷的增加方式（渐变或阶越）。在非线性分析中，每一个载荷步需要多个子步，具体设置参看热分析一章。

为了保证计算的稳定性和收敛性，可以做如下设置：

●采用Full Newton Raphson（牛顿-拉普森）方法，每进行一次平衡迭代，就修正一次刚度矩阵，同时激活自适应下降功能；

●打开自动时间步长；

●打开时间步长预测；

时间步长的设置通常对计算精度有很大影响，步长越小，计算越精确，但过小的时间步长需要很大的计算机容量和很长的计算时间。在焊接过程中一般时间步长应控制在0.2s左右，在冷却过程中，可逐步增大时间步长。

（2）边界条件的设置(www.daowen.com)

进行加载时，高斯热源以热流密度的形式作用于焊件表面，但同时还存在对流，如果在同一平面上加两种不同性质的载荷，后加的载荷会覆盖前面的载荷。所以在加载表面生成表面效应单元，热流密度加在焊件平面节点上，对流作为边界条件加在表面效应单元上。

（3）热源的移动

热源移动可以采用两种方法实现：

●利用ANSYS参数设计语言APDL编写子程序，依次读取所要加载表面的节点坐标，利用ANSYS数组和函数功能，定义好相应节点位置的面载荷值，然后通过循环语句在节点上施加面载荷。具体做法是：沿焊接方向将焊缝长度L分为N段，将各段的后点作为热源中心，加载高斯分布的热源，每段加载后进行计算，每一个载荷的加载时间为L/N。当进行到下一段加载计算时，须消除上一段所加的高斯热流密度，而且上一次加载计算的温度值作为下一段加载的初始值。如此依次循环即可模拟热源的移动，实现焊接瞬态温度场的计算。

●利用ANSYS软件的函数加载功能，在每个载荷步内，以热源中心点为中心，按高斯热源的变化在面上加载，随着热源的移动每个载荷步内的（也相应地改变，这样通过控制，使其随时间变化，也就是随载荷步变化，就可以模拟热源的移动。

（4）冷却过程的计算

冷却阶段的计算比加热阶段简单。因为加热阶段已经检验过焊接温度场的各影响因素，并进行修正，而且冷却阶段温度梯度较加热时小，采用加热阶段相同的时间步长为载荷步时，计算比较容易收敛，所以不必要进行检验各种影响因素。因为进行加热时定义的对流等边界条件还存在，所以只需要命令ANTYPE,REST定义进行瞬态分析的下一步载荷步，定义载荷步i，以及相应的载荷步时间，删除内热源，即可计算，该过程可以手动完成，也可以在这个过程定义循环进行计算。最后保存计算结果，它的功能主要在进行焊接应力场计算时，从保存的^*.rth文件中读取节点温度，并且当结构单元转化为热单元时，可以从后处理中通过节点温度的大小来控制单元的“生死”以及改变单元属性。

3.温度场后处理

进行焊接温度场模拟的精度判断：

（1）温度场准稳态为随着热源的移动，热源周围的温度分布很快变为恒定的，位于热源中心的观察者，当热源移动时，不会注意到它周围的温度变化。在后处理时，通过判断热源在不同时间时的温度场，可判断是否为准稳态。如果是准稳态，则说明网格和载荷步划分得够细，达到计算的精度要求。如果不是准稳态，则需要修改网格和载荷步再重新计算。

（2）根据焊接温度场的特点，通过焊接热后方的温度场，与数值解进行比较，可先后判断导热系数入是否合理，如不合理则到前处理修改导热系数入，然后重新计算。如果合理则进行冷却阶段的计算。上面提到的焊接温度场模拟的精度判断，以及整体的判断计算过程是不是真的达到模拟的要求，都离不开后处理。ANSYS以及其他的通用有限元软件都提供可视化的后处理功能。后处理提供云图、动画等较直观的结果显示，并且在云图上还可以点取一些点并显示它的数值大小。另外一个较强大的功能是可以通过路径输出结果，即按某一规律变化定义一系列点或者单击所要选取的点，那么这些有规律变化点的结果通过曲线或云图显示，对于看某条曲线上的计算结果很方便。同时还可以剖开物体查看物体内部节点的计算结果。同时通过后处理，可以通过动画显示焊接过程温度的变化，更直观的了解焊接热源的移动过程。同时通过焊接温度场的计算结果控制单元的“生死”，以及材料属性的变化还需要通过温度场后处理进行控制。