2025大赛优秀作品 | 基于LS-DYNA 流固热耦合方法解决热风焊接问题

作者： 周祝龙 | 奥托立夫(上海）汽车安全系统研发有限公司 高级仿真工程师

关键词：LS-DYNA；ICFD-Structure-Thermal流固热耦合；非绝热过程；自适应网格；温度分布

产品焊脚示意图以及温度场仿真结果

利用LS-DYNA软件对热风焊工装及产品进行建模，调用不可压缩计算流体动力学（ICFD）流体仿真模块，并耦合热以及结构模块，实现流-固-热多物理场耦合仿真，在模型中对热空气流体及其环境件进行分析，获得模型各处流体流动状态、塑料产品焊脚的热分布等结果。结果显示在一定的参数条件下，可以通过流-固-热仿真，指导不同的焊脚尺寸如何设计合适的热风管道孔径，以获得理想的焊脚温度和焊接效果。作者研究了热风焊接过程中的热风加热问题，为塑料产品的热风焊接工艺提供了一定的指导意义。此外，耦合仿真中还通过添加自适应网格关键字，模拟热风加热过程中的焊脚受力晃动现象，为后期的匹配验证提供了途径。

挑战/需求

热风焊系统内部流场温度分布

塑料产品焊脚的热风焊效果好坏直接影响试验结果，目前主要靠经验来调试工艺，试错成本高，没有针对性的仿真方法来支持。作者通过LS-DYNA软件中的流固热耦合模块，模拟热风焊接过程中不同参数对产品各个焊脚上的热影响和结构变形影响，旨在找到最优热风枪管道工装设计结构、流体流量及温度参数等，为下一步良好的焊接效果做好准备。

使用工具

LS-DYNA

最终成果

利用LS-DYNA ICFD模块耦合热学及结构模块，通过详细Matrix参数进行DOE研究，发现热风管管道直径、热空气流体流量等参数对塑料焊脚的温度场分布及结构影响关系。仿真结果可针对产品焊接工装设计及工艺参数提供一些指导，一定程度上节约了工装设计周期和工艺验证周期，降低了试错成本，为后续焊接稳定性研究奠定了基础。