SYSWELD是完全實現(xiàn)了機械、熱傳導和金屬冶金的耦合計算的計算機模擬開發(fā)系統(tǒng)軟件。最初源于核工業(yè)領域的焊接工藝模擬，1980年，由法國法碼通公司和ESI公司共同開展了SYSWELD的開發(fā)工作。隨著應用的發(fā)展，SYSWELD系統(tǒng)逐漸擴大了其應用范圍，并迅速被汽車工業(yè)、航空航天、國防和重型工業(yè)所采用。

(資料圖片)

發(fā)展歷程

SYSWELD的開發(fā)最初源于核工業(yè)領域的焊接工藝模擬，當時核工業(yè)需要揭示焊接工藝中的復雜物理現(xiàn)象，以便提前預測裂紋等重大危險。在這種背景下，1980年，法國法碼通公司和ESI公司共同開展了SYSWELD的開發(fā)工作。由于熱處理工藝中同樣存在和焊接工藝相類似的多相物理現(xiàn)象，所以SYSWELD很快也被應用到熱處理領域中并不斷增強和完善。

隨著應用的發(fā)展，SYSWELD逐漸擴大了其應用范圍，并迅速被汽車工業(yè)、航空航天、國防和重型工業(yè)所采用。1997年，SYSWELD正式加入ESI集團，法碼通成為SYSWELD在法國最大的用戶并繼續(xù)承擔軟件的理論開發(fā)與工業(yè)驗證工作。

技術(shù)特點

SYSWELD完全實現(xiàn)了機械、熱傳導和金屬冶金的耦合計算，允許考慮晶相轉(zhuǎn)變及同一時間晶相轉(zhuǎn)變潛熱和晶相組織對溫度的影響。在具體計算中，分兩步進行，首先實現(xiàn)溫度和晶相組織的計算，然后進行機械力的計算。在機械力計算中，已經(jīng)充分考慮了第一步計算的結(jié)果，如殘余應力和應變的影響。

SYSWELD的電磁模型允許模擬點焊和感應加熱，并可實現(xiàn)能量損失和熱源加載的計算模擬。SYSWELD擴散與析出模型可實現(xiàn)滲碳、滲氮、碳氮共滲模擬，先計算化學元素的擴散和沉積，然后再考慮對熱和機械性能的影響。SYSWELD的氫擴散模型能計算模擬氫的濃度，預測冷裂紋的嚴重危害。

數(shù)據(jù)導入

SYSWELD的操作環(huán)境SYSWORLD也可直接建立幾何模型和生成各種網(wǎng)格。配合GEOMESH幾何網(wǎng)格工具，SYSWELD可以直接讀取UG, CATIA的數(shù)據(jù)和接受各種標準交換文件(STL, IGES, VDA,STEP, ACIS等)。

能與大部分CAE數(shù)據(jù)接口

SYSWELD能兼容大部分CAE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，如NASTRAN，IDEAS，PAM-SYSTEM，HYPERMESH等。

工藝向?qū)?/strong>

獨有的向?qū)Ъ夹g(shù)是SYSWELD迅速工業(yè)化地成功秘訣。簡潔、易用而有條理的向?qū)е甘?，一步一步地引導用戶完成復雜的熱物理模擬過程。模擬向?qū)芨鶕?jù)不同的工藝特征，自動智能化的選擇求解器進行物理分析。

系統(tǒng)主要功能模塊和模擬向?qū)В?/strong>

Heat treatment Advisor 熱處理向?qū)?/p>

Welding Advisor 焊接向?qū)?/p>

Assembly Advisor 裝配模擬向?qū)?/p>

WELD ADVISOR焊接模擬向?qū)?/p>

模擬工具

SYSWELD內(nèi)置了一系列非常有效的工具軟件，用于獲取和校驗熱物理模擬的物理數(shù)據(jù)，如熱傳導系數(shù)校驗工具，焊接熱源校驗工具，材料CCT曲線校驗工具，材料冷卻曲線校驗工具等等。采用工具軟件，能準確地獲取模擬所需要的物理數(shù)據(jù)。

熱傳導系數(shù)校驗工具

模型設置

高效友好的用戶界面，用戶能將精力集中于物理問題，而非耗散在軟件使用上；

獨特的工藝向?qū)Ъ夹g(shù)(Advisor),將復雜的物理問題簡單化，條理化，事半功倍；

對于工業(yè)用戶，向?qū)０蹇梢越鉀Q超過95%的工業(yè)問題；

對于高級用戶，高級模塊(Expert User)可以滿足各種獨特的需求，內(nèi)置的SIL語言可實現(xiàn)無限的用戶接口和軟件客戶化。

材料數(shù)據(jù)

得益于長期的合作開發(fā)和工業(yè)驗證，SYSWELD的材料數(shù)據(jù)庫包含了熱、與溫度和相成分相關的異常復雜的機械和冶金材料數(shù)據(jù)庫。在商業(yè)版本中，直接著名鋼鐵、鋁合金和灰鐵廠商的材料已經(jīng)包含在內(nèi)。

后處理

SYSWELD后處理提供的主要結(jié)果： SYSWELD后處理提供的顯示功能

溫度場 云圖顯示

加熱與冷卻速率 等高線或等高面顯示

材料的晶相組織 矢量顯示

變形與翹曲 符號顯示

應力 X-Y曲線

材料晶相變化后的屈服 斷面顯示

強度 動畫等

塑性變形

模擬向?qū)?/strong>

借助于熱處理模擬向?qū)?，SYSWELD能很容易地進行 熱處理過程地模擬

模擬的主要熱處理工藝

一般熱處理： 化學熱處理：

淬火 表面硬化

表面局部熱處理 碳氮共滲

回火、調(diào)質(zhì)處理 滲碳，滲氮

熱處理模擬的主要應用

一般熱處理（QUENCHING）:

應用SYSWELD可以完成用水或油淬火時的硬度計算。

化學熱處理(THERMO-CHEMICAL TREATMENT ):

表面硬化、滲氮、滲碳是改變零件機械性能的重要方法。SYSWELD可以模擬化學元素的擴散和沉積，計算硬度的變化。

表面熱處理（SURFACE TREATMENT）:

激光是焊接和熱處理的重要熱源。SYSWELD包含有專門的熱源工具（如，移動的熱源）模擬有效表面的熱處理和激光的作用。

感應熱處理（ INDUCTION QUECHING ）:

在汽車工業(yè)，感應加熱是改變局部機械性能非常便利的方法。SYSWELD的電磁-熱-冶金的自動耦合模型，可以非常好地處理完成感應熱處理計算。 　

熱處理模擬工具

熱交換系數(shù)較核工具 經(jīng)典的材料CCT曲線

材料冷卻速率-溫度-相變較核工具

焊接模擬工具

熱源校驗對比 多種熱源模型

計算機模擬

借助于裝配模擬向?qū)В琒YSWELD能實現(xiàn)對復雜組合模型焊接后應力和變形的分析，采用局部和全局的耦合計算，將局部焊接所造成的殘余應力和應變等以比較簡單的方式加載到全局模型上進行空間變形模擬。這樣有效地解決了計算模型過大地問題，在計算模擬地速度、易用性、精度、實用性上取得了完美的統(tǒng)一。

對工業(yè)部門來說，焊接工程可以分為四個主要的應用學科：變形工程；焊接質(zhì)量工程；應力工程；溫度沖擊工程。焊接軟件SYSWELD很好地應對了這幾個方面的問題。值得我們從事焊接數(shù)值仿真工作者所采用。

變形工程

主要是控制并使變形小。通過優(yōu)化裝配工藝，降低制造成本，降低縫隙閉合力，減小夾具力的偏差。帶來的主要好處是改善服役特性，減小縫隙閉合力，降低由于夾具力的偏差。

焊接質(zhì)量工程

主要是提高焊接質(zhì)量，優(yōu)化服役特性。主要通過下面兩個方面來進行控制。

1）控制冷卻速率，微觀組織，硬度和微觀組織對整體材料和結(jié)構(gòu)特性的影響

2）控制氫的擴散

對再結(jié)晶鋼，需要控制大和小冷卻速率，過高的冷卻速率導致過多的馬氏體；過低的冷卻速率導致晶粒粗糙。過高的硬度可能導致裂紋和服役失效。

應力工程

主要是兩個方面的工作。

1）控制圍繞連接處局部的殘余應力

2）控制所設計的焊接結(jié)構(gòu)整體應力

進行應力控制有助于：減重；增強焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能；改善焊接質(zhì)量；減少昂貴的服務問題。例如能源和核工業(yè)中多道焊接的殘余應力。目標避免裂紋和失效，控制殘余應力，微觀組織，硬度，預熱和焊絲材料。

溫度控制工程

控制易損敏感設備的溫度場，避免由于焊接熱效應導致設備的實效。

SYSWELD虛擬焊接的全面解決方案：

SYSWELD可以引導焊接工程師去：

估計殘余變形

裝配結(jié)構(gòu)要求有順序的進行連續(xù)焊和/或點焊。因此, 確定焊接順序和焊接位置是正確完成焊接組裝工藝的關鍵。數(shù)值模擬使得工程師可以預測變形并且使之小化，進一步提高了產(chǎn)品的整體質(zhì)量以及顯著的節(jié)省了成本。小化殘余應力

進行焊接模擬的目的是控制生產(chǎn)過程，大限度地減少應力梯度和表面張力，減少負荷循環(huán)中產(chǎn)生的裂縫，所以產(chǎn)品的壽命得到了延長。使用數(shù)值模擬同樣可以檢測到零件表面的壓應力，因此避免由于拉伸應力造成的腐蝕風險，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。研究幾何形狀、材料和工藝

參數(shù)的敏感性

用于設計階段，SYSWELD能夠減少代價高昂的設計錯誤。在產(chǎn)品研發(fā)周期的每個步驟，用于修正錯誤的成本正在逐漸增加。SYSWELD在全新設計周期中的早期階段輔助優(yōu)化零件幾何形狀、材料和工藝參數(shù)，避免了后來可能發(fā)生的昂貴的工程變更。優(yōu)化焊接工藝過程SYSWELD允許使用速度、能量輸入等等多種用戶自定義的焊接順序和焊接工藝參數(shù)。

SYSWELD能回答工程師以下問題：受益于顧問系統(tǒng)技術(shù)、自動求解器和多物理場后處理器，SYSWELD可以綜合考慮多種因素，例如：工藝參數(shù)、零件幾何形狀、熱力學、冶金學和理學材料行為

SYSWELD擁有一個全面的材料數(shù)據(jù)庫，涵蓋了市場上主要的鋼和鋁合金材料。