焊接是制造業(yè)中不可或缺的工藝，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、能源、海洋工程等領(lǐng)域。然而，焊接過(guò)程復(fù)雜，涉及高溫、材料相變、應(yīng)力應(yīng)變等多種物理現(xiàn)象，導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)中不可避免地產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形。這些因素不僅影響結(jié)構(gòu)性能，還可能導(dǎo)致裂紋、失效等問(wèn)題。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法雖然能夠直接觀察焊接效果，但成本高昂且效率低下。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，焊接過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬逐漸成為工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高生產(chǎn)效率的重要手段。

 

 

 

Abaqus Welding Interface (AWI) 插件正是為解決這一需求而生。作為 Abaqus 軟件的擴(kuò)展工具，AWI 通過(guò)自動(dòng)化焊接模型的構(gòu)建和模擬，顯著簡(jiǎn)化了復(fù)雜的焊接仿真流程，為工程師提供了一種高效、精準(zhǔn)的解決方案。

 

 

 

焊接模擬的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

01幾何建模：焊縫路徑、多道焊縫的精確定義；

02材料特性：高溫下的非線性行為、相變效應(yīng)；

03邊界條件：熱源輸入、冷卻過(guò)程、熱輻射等；

04多物理場(chǎng)耦合：熱-結(jié)構(gòu)耦合分析。

 

傳統(tǒng)的焊接模擬需要用戶手動(dòng)設(shè)置這些復(fù)雜條件，耗時(shí)且容易出錯(cuò)。而 AWI 插件通過(guò)自動(dòng)化預(yù)處理和后處理流程，大幅減少了用戶的工作量。

 

AWI 的核心功能

自動(dòng)化焊縫建模：用戶只需定義焊縫路徑和幾何特征，AWI 會(huì)自動(dòng)完成焊縫區(qū)域的劃分、單元激活和熱源分配。

 

多道焊縫支持：支持多道焊縫的模擬，用戶可以靈活設(shè)置每道焊縫的參數(shù)，如焊接速度、電流、電壓等。

 

材料漸進(jìn)式激活技術(shù)：基于 Abaqus 的增材制造技術(shù)，AWI 通過(guò)單元激活功能逐步添加材料，模擬焊縫的沉積過(guò)程。

 

內(nèi)置熱源模型：采用 Goldak 雙橢球模型，精確模擬電弧焊的熱輸入。

 

冷卻過(guò)程模擬：通過(guò)定義對(duì)流和輻射邊界條件，模擬焊接后的冷卻過(guò)程。

 

用戶子程序集成：內(nèi)置多個(gè)用戶子程序（如 UMDFlux、UEPActivationVol），實(shí)現(xiàn)熱源輸入、單元激活和熱膨脹的自動(dòng)化計(jì)算。

 

AWI 的核心功能

Abaqus Welding Interface (AWI) 插件通過(guò)自動(dòng)化建模、優(yōu)化模擬流程和提供高效的分析工具，顯著提高了焊接效率。

 

#1 自動(dòng)化建模，減少手工設(shè)置時(shí)間

焊接模擬的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在建模階段，包括焊縫路徑定義、多道焊縫劃分、熱源輸入設(shè)置等。這些步驟通常需要大量手工操作，耗時(shí)且容易出錯(cuò)。AWI 插件通過(guò)自動(dòng)化建模流程，大幅減少了用戶的工作量：

 

l焊縫路徑定義：用戶只需定義焊縫的幾何特征，AWI 會(huì)自動(dòng)完成焊縫區(qū)域的劃分和單元激活。

l多道焊縫支持：支持多道焊縫的模擬，用戶可以靈活設(shè)置每道焊縫的參數(shù)，如焊接速度、電流、電壓等。

l材料漸進(jìn)式激活技術(shù)：基于 Abaqus 的增材制造技術(shù)，AWI 通過(guò)單元激活功能逐步添加材料，模擬焊縫的沉積過(guò)程。

 

通過(guò)這些自動(dòng)化功能，工程師可以將更多時(shí)間用于分析和優(yōu)化焊接工藝，而不是繁瑣的建模工作。

 

#2 高效的熱源模擬，提升模擬精度

AWI 插件采用 Goldak 雙橢球模型，這是一種廣泛應(yīng)用于電弧焊模擬的熱源模型。該模型能夠精確描述焊接熱源的空間分布和時(shí)間變化，為模擬提供高度真實(shí)的熱輸入條件。相比傳統(tǒng)的熱源模型，Goldak 模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力分布，從而減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，提高設(shè)計(jì)效率。

 

#3 動(dòng)態(tài)冷卻過(guò)程模擬，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

焊接后的冷卻過(guò)程對(duì)殘余應(yīng)力和變形的影響至關(guān)重要。AWI 插件通過(guò)定義對(duì)流和輻射邊界條件，動(dòng)態(tài)模擬冷卻過(guò)程。這種動(dòng)態(tài)模擬能夠幫助工程師更好地理解焊接后的熱-結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)，從而優(yōu)化焊接工藝，減少結(jié)構(gòu)變形和裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

 

#4 圖形化用戶界面 (GUI)，提高操作效率

AWI 提供直觀的圖形化界面，用戶可以輕松定義焊縫路徑、設(shè)置焊接參數(shù)，并實(shí)時(shí)查看模型的構(gòu)建進(jìn)度。相比傳統(tǒng)方法，AWI 的 GUI 性能提升了 10 倍，大幅縮短了模型構(gòu)建時(shí)間。用戶可以快速調(diào)整參數(shù)，實(shí)時(shí)查看結(jié)果，從而提高工作效率。

 

#5 自動(dòng)化后處理，快速分析結(jié)果

AWI 插件不僅簡(jiǎn)化了建模過(guò)程，還支持自動(dòng)化后處理。用戶可以輕松提取溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形結(jié)果，快速評(píng)估焊接質(zhì)量。這種自動(dòng)化后處理功能減少了用戶在結(jié)果分析上的時(shí)間，使工程師能夠更快地做出決策。

 

#6 減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本

通過(guò)精確的模擬，AWI 插件能夠幫助工程師在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)焊接質(zhì)量，從而減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)和試錯(cuò)成本。例如，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，工程師可以利用 AWI 優(yōu)化焊接工藝，減少結(jié)構(gòu)變形和裂紋風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率。

 

#7 支持復(fù)雜焊接場(chǎng)景，提升工藝靈活性

AWI 插件能夠模擬復(fù)雜的焊接場(chǎng)景，包括多機(jī)器人協(xié)同焊接、多道焊縫的順序鋪設(shè)等。這種靈活性使得工程師能夠模擬實(shí)際生產(chǎn)中的復(fù)雜工藝，優(yōu)化焊接順序和參數(shù)，從而提高生產(chǎn)效率。

 

#8 提供用戶子程序，增強(qiáng)模擬能力

AWI 插件內(nèi)置多個(gè)用戶子程序（如 UMDFlux、UEPActivationVol），實(shí)現(xiàn)熱源輸入、單元激活和熱膨脹的自動(dòng)化計(jì)算。這些子程序經(jīng)過(guò)性能優(yōu)化，能夠顯著提高模擬效率，減少計(jì)算時(shí)間。

 

#9 驗(yàn)證與可靠性，減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)

AWI 插件的可靠性得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。在一些研究中，通過(guò)多道焊縫的溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了 AWI 模擬結(jié)果的高度一致性。這種可靠性使得工程師可以放心地使用 AWI 進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

 

Abaqus Welding Interface (AWI) 插件為焊接模擬提供了一種革命性的解決方案。通過(guò)自動(dòng)化建模、高效的熱源模擬和用戶友好的界面，AWI 讓復(fù)雜的焊接仿真變得簡(jiǎn)單高效。無(wú)論是初學(xué)者還是經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，AWI 都能幫助他們快速構(gòu)建和運(yùn)行焊接模擬，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

 

在數(shù)字化制造的時(shí)代，AWI 插件不僅是焊接工程師的得力助手，更是推動(dòng)焊接工藝創(chuàng)新的重要工具。