行業新聞 2025-04-23
焊接是制造業中不可或缺的工藝，廣泛應用于航空航天、汽車、能源、海洋工程等領域。然而，焊接過程復雜，涉及高溫、材料相變、應力應變等多種物理現象，導致焊接結構中不可避免地產生殘余應力和變形。這些因素不僅影響結構性能，還可能導致裂紋、失效等問題。傳統的實驗方法雖然能夠直接觀察焊接效果，但成本高昂且效率低下。隨著數值模擬技術的發展，焊接過程的計算機模擬逐漸成為工程師優化設計和提高生產效率的重要手段。
Abaqus Welding Interface (AWI) 插件正是為解決這一需求而生。作為 Abaqus 軟件的擴展工具，AWI 通過自動化焊接模型的構建和模擬，顯著簡化了復雜的焊接仿真流程，為工程師提供了一種高效、精準的解決方案。
焊接模擬的復雜性主要體現在以下幾個方面：
01
幾何建模：焊縫路徑、多道焊縫的精確定義；
材料特性：高溫下的非線性行為、相變效應；
邊界條件：熱源輸入、冷卻過程、熱輻射等；
多物理場耦合：熱-結構耦合分析。
傳統的焊接模擬需要用戶手動設置這些復雜條件，耗時且容易出錯。而 AWI 插件通過自動化預處理和后處理流程，大幅減少了用戶的工作量。
自動化焊縫建模：用戶只需定義焊縫路徑和幾何特征，AWI 會自動完成焊縫區域的劃分、單元激活和熱源分配。
多道焊縫支持：支持多道焊縫的模擬，用戶可以靈活設置每道焊縫的參數，如焊接速度、電流、電壓等。
材料漸進式激活技術：基于 Abaqus 的增材制造技術，AWI 通過單元激活功能逐步添加材料，模擬焊縫的沉積過程。
內置熱源模型：采用 Goldak 雙橢球模型，精確模擬電弧焊的熱輸入。
冷卻過程模擬：通過定義對流和輻射邊界條件，模擬焊接后的冷卻過程。
用戶子程序集成：內置多個用戶子程序（如 UMDFlux、UEPActivationVol），實現熱源輸入、單元激活和熱膨脹的自動化計算。
Abaqus Welding Interface (AWI) 插件通過自動化建模、優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 自動化建模，減少手工設置時間
焊接模擬的復雜性主要體現在建模階段，包括焊縫路徑定義、多道焊縫劃分、熱源輸入設置等。這些步驟通常需要大量手工操作，耗時且容易出錯。AWI 插件通過自動化建模流程，大幅減少了用戶的工作量：
焊縫路徑定義：用戶只需定義焊縫的幾何特征，AWI 會自動完成焊縫區域的劃分和單元激活。
多道焊縫支持：支持多道焊縫的模擬，用戶可以靈活設置每道焊縫的參數，如焊接速度、電流、電壓等。
材料漸進式激活技術：基于 Abaqus 的增材制造技術，AWI 通過單元激活功能逐步添加材料，模擬焊縫的沉積過程。
通過這些自動化功能，工程師可以將更多時間用于分析和優化焊接工藝，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間變化，為模擬提供高度真實的熱輸入條件。相比傳統的熱源模型，Goldak 模型能夠更準確地預測焊接過程中的溫度場和殘余應力分布，從而減少實驗次數，提高設計效率。
#3 動態冷卻過程模擬，優化工藝設計
焊接后的冷卻過程對殘余應力和變形的影響至關重要。AWI 插件通過定義對流和輻射邊界條件，動態模擬冷卻過程。這種動態模擬能夠幫助工程師更好地理解焊接后的熱-結構耦合效應，從而優化焊接工藝，減少結構變形和裂紋風險。
#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、設置焊接參數，并實時查看模型的構建進度。相比傳統方法，AWI 的 GUI 性能提升了 10 倍，大幅縮短了模型構建時間。用戶可以快速調整參數，實時查看結果，從而提高工作效率。
#5 自動化后處理，快速分析結果
AWI 插件不僅簡化了建模過程，還支持自動化后處理。用戶可以輕松提取溫度場、應力場和變形結果，快速評估焊接質量。這種自動化后處理功能減少了用戶在結果分析上的時間，使工程師能夠更快地做出決策。
#6 減少實驗次數，降低生產成本
通過精確的模擬，AWI 插件能夠幫助工程師在設計階段預測焊接質量，從而減少實驗次數和試錯成本。例如，在航空航天、汽車制造等領域，工程師可以利用 AWI 優化焊接工藝，減少結構變形和裂紋風險，提高生產效率。
#7 支持復雜焊接場景，提升工藝靈活性
AWI 插件能夠模擬復雜的焊接場景，包括多機器人協同焊接、多道焊縫的順序鋪設等。這種靈活性使得工程師能夠模擬實際生產中的復雜工藝，優化焊接順序和參數，從而提高生產效率。
#8 提供用戶子程序，增強模擬能力
AWI 插件內置多個用戶子程序（如 UMDFlux、UEPActivationVol），實現熱源輸入、單元激活和熱膨脹的自動化計算。這些子程序經過性能優化，能夠顯著提高模擬效率，減少計算時間。
#9 驗證與可靠性，減少設計風險
AWI 插件的可靠性得到了實驗數據的驗證。在一些研究中，通過多道焊縫的溫度場和殘余應力實驗數據，驗證了 AWI 模擬結果的高度一致性。這種可靠性使得工程師可以放心地使用 AWI 進行設計優化，減少設計風險。
Abaqus Welding Interface (AWI) 插件為焊接模擬提供了一種革命性的解決方案。通過自動化建模、高效的熱源模擬和用戶友好的界面，AWI 讓復雜的焊接仿真變得簡單高效。無論是初學者還是經驗豐富的工程師，AWI 都能幫助他們快速構建和運行焊接模擬，優化工藝設計，提升產品質量。
在數字化制造的時代，AWI 插件不僅是焊接工程師的得力助手，更是推動焊接工藝創新的重要工具。
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