基于混合单元建模的大型中空薄壁铝合金焊接仿真分析

摘要

为解决大型结构件焊接仿真时实体单元模型计算效率较低及壳体单元模型计算精度较差的问题，采用混合单元建立有限元模型，分析并确定实体与壳体单元的选定边界，利用混合单元建模方法构建大型中空薄壁铝合金结构件焊接仿真模型，将结果与实体单元模型仿真结果进行对比，分析适用于大型中空薄壁铝合金焊接结构件的混合单元连接方式。结果表明，板壳单元与实体单元的划分位置在垂直于焊接线方向18 mm处，采用绑定的连接方式构建混合预测模型所获得的温度与变形预测最为准确，预测误差分别为1.1%、8.6%;采用壳-实体耦合连接方式构建混合预测模型所获得的残余应力预测最为准确，预测误差为0.25%。实体单元模型的计算耗时约为混合单元模型的1.7倍。采用壳-实体耦合连接方式所提升的效率最高，相比纯实体单元的计算效率提升约41.6%。

关键词

大型中空薄壁结构件 / 混合单元建模 / 焊接变形 / 计算效率

基金资助

国家自然科学基金项目(52075066); 辽宁省应用基础研究计划项目(2023JH2/101300246); 大连市科技创新基金项目(2021JJ2GX009)