1.焊接应力场的计算方法

在ANSYS软件中，计算焊接应力场的方法分为直接法和间接法。直接法是使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时分析得到热分析和结构应力分析的结果。间接法是首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。由于单元开发技术上的原因，直接法可供选用的单元较少，而且在分析过程中，需要同时进行温度场计算和应力应变计算。需要指出的是，进行温度场计算是对标量计算，计算耗用的时间相对进行矢量计算的应力应变过程要少得多。所以直接法计算周期较长，不够灵活。间接法可以先分析温度场，温度场模拟准确之后，保存温度场结果，再分析应力应变，如果应力应变结果不理想，不必要进行温度场分析，修改力学性能参数和优化载荷步等即可再进行应力应变计算。这样可以节省大量的时间。所以选用间接法进行计算较为合理、高效。

ANSYS间接法的主要步骤如下。

1）首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括热传导、对流、辐射、表面效应单元等，进行瞬态热分析。注意划分单元时充分考虑结构分析的要求，在应力集中的地方网格要划得细一些。

2）重新进入前处理，将热单元转化为相应的结构单元。相应的命令为ETCHG，TTS。

3）设置结构分析的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节;

4）读入热分析的节点温度，命令为LDREAD输入或选择热分析的结果文件名为^*.rth。

5）设置参考温度，即设置构件加热初始温度（均匀的温度）。

6）进行求解、后处理。

2.焊接应力场的分析

在焊接瞬态温度场计算完成的前提下，并且检验符合要求后，可以进行应力场的模拟计算。重新进入前处理PREP7，读入温度场模型，把热单元转化为结构单元。这是进行应力热应变和残余应变计算的前提。接着定义弹性模量、热膨胀系数、泊松比等随温度变化的材料力学参数值。此外，还应指定塑性分析选项为双线性等向强化（BISO），并定义随温度变化的屈服应力和切变模量值。(www.daowen.com)

3.定义边界条件和施加载荷

定义边界条件主要是约束焊接构件的自由度，这要根据具体情况而定。加载位移边界条件既要防止在有限元计算过程中产生刚体位移，又不能严重阻碍焊接过程中的应力自由释放和自由变形（无外约束情况下）。定义参考温度，如焊前没有预热，则为室温，反之为预热温度。

施加载荷时，读入温度场的节点温度与相应的时间点或载荷步长。多个载荷步的计算可通过循环实现。

4.求解计算

焊接属于大应变问题，设定分析选项时，打开大变形和大应变选项。此外，采用完全牛顿-拉普森方法进行平衡迭代并激活自适应下降功能、打开自动时间步长以加快计算收敛。

5.焊缝金属熔敷及凝固的模拟

在ANSYS中实现对焊缝熔敷及凝固的模拟通常有两种方法:改变单元属性法和生死单元法。一般来说像平板堆焊等没有填充金属的焊接方法采用前者，开坡口有填充金属的焊接方法采用后者。下面分别简要介绍这两种方法。

1）改变单元属性法:开始计算前，先定义焊缝金属的材料属性，使它屈服极限和弹性模量都很低，且不随温度变化，在程序计算过程中，判断焊缝单元是否超过力学熔点，如果有，则改变单元属性，使它的屈服极限和弹性模量随温度变化，使得在高温时低，在低温时高。在该过程中，因为结构单元没有温度场结果，要到温度场读取结果，所以首先选取焊缝单元，并转化结构单元为热单元，在温度场后处理器中读取节点温度值，判断焊缝单元中是否有超过力学熔点的单元；如果有，则选中这些单元，再转换为结构单元，并改变这些单元材料属性。该过程可通过循环语句实现自动控制。如果想要结果更精确，可以判断单元温度是否超过熔点，但是由于焊缝区域温度梯度很大，在单元划分得不是很细的情况下，单元不一定完全超过熔点。为了使计算更容易收敛，还可以定义比力学熔点更低的温度进行判断。值得注意的是，进行分析时，结构分析过程采用的文件名要和温度场计算相同，这样才能在结构单元转化为热单元时读取单元节点温度。

2）生死单元法：在焊接开始前把焊缝单元“杀死”，并在每一步热应力计算时，将对应的温度场的计算结果进行选择，超过熔点熔化的单元令其“死掉”，而低于熔点的单元和超过熔点未熔化的单元将其“激活”，其过程和改变单元属性基本上没太大的区别，这就是用“生死”单元模拟焊接问题。使用该功能时，应该注意其过程中的细节部分，一般情况下，程序“杀死”和“激活”单元是一个一个进行的，在“杀死”和“激活”单元时，如果要把所选中的单元全部“杀死”和“激活”，则应选用牛顿-拉普森方法计算瞬态问题，并且注意当用节点温度来选取单元时，如果选取单元没选上，这时程序忽略该选取单元的命令，而执行下一条命令，这样会杀死或激活别的不应该“杀死”或“激活”的单元。