SYSWELD焊接仿真学习笔记（一）：网格划分入门

前言

        在工程制造中，平板焊接特别是中厚板多道焊过程极其复杂，涉及到剧烈变化的温度场、多次累积的残余应力与变形，数值仿真技术通过高精度的热弹塑性耦合物理过程，可以使工程师在制造前预测并优化焊接顺序，施工后定量定性分析残余应力和变形、维养时考虑残余应力引起的疲劳特性等等，因此焊接仿真已然广泛应用。

然而为应对不同需求，工业和学术界给出了不同的仿真软件或平台，主要可以分为两类：

（1）通用有限元软件：ANSYS、ABAQUS、MSC.Marc  

（2）专用的焊接仿真软件：Simufact.welding、FLOW-3D WELD、SYSWELD

        其中这里用到的SYSWELD提供较为完善的焊接、热理到装配的端到端多物理场耦合系统，且软件内置了大量经过工业验证的材料数据库，在焊接仿真领域表现突出。

平板多道焊仿真——网格划分部分

        焊接仿真效果预览如下左图所示，实例模型为20mm厚平板的八道焊仿真模型，V形坡口，焊接母材为低碳钢。实际建模和分析过程繁杂，本专栏文章就几点关键点展开说明，弥补了现有市场上的相关教学空缺，主要涉及内容为两部分：网格生成及过渡网格设计，结构组规范命名。本节先讲网格设置部分，这节又可以细分为模型建立，2D网格生成、过渡网格生成、3D网格生成三部分，最后网格划分完成效果如下右图所示。

模型建立

        SYSWELD内置建模系统，但是学习成本较高，一般采用外部模型导入，对于平板焊接仿真而言，采用的模型形式比较简单，采用AutoCAD画出2D轮廓直接拉伸为三维实体即可，并且无需画完完整模型，仅需画出半模型。

2D网格生成

        直接将CAD建立的dwg文件导SYSWELD中，点击快捷键F12进入二维网格划分板块，然后鼠标点选需要进行网格划分的截面，再点击快捷键鼠标中键进入网格参数设置板块，如下图所示。

        图示从左到右分别为2D Mesh板块的各个关键选项界面，第一个界面“Edge”可以选择边网格的个数但是其实可以从图形界面直接修改所以这里采用默认设置，一般修改“Set Element Size”为当前默认网格尺寸；第二个界面“Method”可以选择网格划分方式，可以各种类型都尝试选效果最好的；第三个界面“Advanced”必须点选选项“Within Part”和“Across Part”以此确保相邻截面的网格个数相同即共节点；第四个界面“ID”在每次生成单个截面网格时必须点击“Set Top Available ID”为新划分的截面指定新的part ID，以便于后续部件规范化命名，设置完成后即可点击“Create Mesh”创建当前2D网格。

        在网格生成后仍可以通过点击网格上各边的数字进行边缘网格数量更改，如上左图所示，点击下边缘数字4后，网格数量增加1，变为5，重新点击“Create Mesh”可获得右图网格。最后需要核对确认网格是否最终确认，确认即可点击“OK”关闭窗口。由于SYSWELD撤销功能缺失，如果确认后仍需要更改网格，可能需要删除对应ID网格重新生成。

过渡网格生成

        以案例课程的一类过渡网格设置为例进行说明，点击“2D”→“Combine”→“田”然后依次点击图示网格中心，使得网格变为右图所示形式。

        然后点击“2D”→“Split”→“对应分裂形式”然后依次交错点击图示网格边缘直角处，使得网格变为右图所示形式，完成一个过渡网格划分循环。

        对于平板多道焊或其他三维焊接模型，一般为降低网格数量，采取多个方向的过渡网格划分，其实原理是一样的，此时如下图所示，先对上表面进行2D网格生成，再进行过渡网格设计即可。具体操作可以参考课程SYSWELD的平板焊接热弹塑性仿真分析，其网格划分效果如下图所示。

3D网格生成

        2D网格及过渡网格生成完成后可以开始生成3D网格，具体为如图所示点击“3D”→“Sweep”→“Point”点选网格划分的路径 →“Element Face”→“Part”→“点选对应Part ID的截面”→“鼠标中键确定”→“No.of Layers”填入路径网格数量→“鼠标中键确定生成”

        重复上述步骤，完成半模型所有3D网格的生成，然后点击“Tools”→“Transform”→“Mirror”→“Plane”通过三点确定一个镜像面 →“选择需要镜像的3D网格区域”

最后可以生成图示结果网格：