預(yù)測(cè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力與變形必須解決運(yùn)算時(shí)間和成本問(wèn)題。焊接熱彈塑性有限元法往往需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和較高的計(jì)算成本，因而在用于預(yù)測(cè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形時(shí)受到限制。固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)焊接變形是將焊縫及其附近所產(chǎn)生的固有應(yīng)變作為初始應(yīng)變進(jìn)行一次彈性有限元計(jì)算，從而獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)的焊接變形。它可以大大縮短運(yùn)算時(shí)間和減少成本，并且能保證一定的精度，在實(shí)際焊接模擬過(guò)程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

通過(guò)第4章的分析可以看到，焊接熱彈塑性法具有計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確、可以跟蹤焊接熱-力全過(guò)程等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在計(jì)算效率不高的缺點(diǎn)。例如，在進(jìn)行焊接熱彈塑性法計(jì)算時(shí)，需要給定材料精確的從室溫到高溫的機(jī)械性能參數(shù)與熱物理性能參數(shù)，焊縫區(qū)需要精細(xì)的網(wǎng)格劃分，需要編寫熱源子程序等。為提高焊接模擬的計(jì)算效率，往往從幾個(gè)方面著手進(jìn)行改進(jìn):材料性能參數(shù):網(wǎng)格劃分算法;焊接熱源模型等。

在材料性能參數(shù)方面，焊接模擬過(guò)程中的材料非線性是影響計(jì)算效率的主要因素之一，而材料的非線性主要來(lái)源于材料依賴于溫度變化的力學(xué)性能，尤其是高溫力學(xué)性能。前已述及，材料的高溫力學(xué)性能，特別是超過(guò)材料本身“力學(xué)熔點(diǎn)”的彈塑性性能往往帶來(lái)較大的非線性，但其又對(duì)模擬結(jié)果影響不大，因此，常采用摒棄高溫力學(xué)屬性的辦法提高計(jì)算效率。

在網(wǎng)格劃分算法方面，在保證精度的前提下減小網(wǎng)格數(shù)量也是提高計(jì)算效率的方法之一。常用的方法包括:①采用過(guò)渡化網(wǎng)格劃分，即在焊縫及近縫區(qū)劃分較細(xì)的網(wǎng)格，而在遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域采用較粗的網(wǎng)格;②采用結(jié)構(gòu)單元代替連續(xù)體單元;③采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，即在計(jì)算過(guò)程中對(duì)于場(chǎng)變量梯度較大的位置，由程序自動(dòng)地進(jìn)行網(wǎng)格的重劃，以兼顧計(jì)算精度與效率。

在焊接熱源模型方面，采用串狀熱源或帶狀熱源[41,42]，帶伏熱源如圖5-1所示。由圖5-1(a)可以看出，長(zhǎng)度為a的帶狀熱源熱流q在垂直焊縫方向呈高斯分布，而在焊縫方向上呈均勻分布，在保證總熱量輸入一致的前提下，對(duì)整段(或分段)焊縫同時(shí)進(jìn)行加熱，可以較大地提高計(jì)算效率。

（a）帶狀熱源分布示意圖

b)帶狀熱源作用下的焊接溫度場(chǎng)

圖5-1 帶狀熱源

上述方法雖然在一定程度上提高了焊接模擬的計(jì)算效率，但仍然屬于熱彈塑性法的范疇，對(duì)焊接計(jì)算效率提升的效果十分有限。本章介紹另一種焊接過(guò)程模擬方法--固有應(yīng)變法，它避開了熱彈塑性法的理論框架與計(jì)算流程，從而可以極大地提高焊接模擬的計(jì)算效率。

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：《焊接過(guò)程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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