【技術背景】
焊接工藝仿真軟件,主要針對焊接溫度場、流場、應力場、變形等問題,利用數值模擬方法找到優化的焊接工藝參數,如焊接電流、焊接電壓、焊接速度、層間溫度、夾具條件、焊接順序等,旨在改善產品制造質量,提高產品服役性能。焊接工藝仿真軟件是結構設計與生產制造的橋梁,通過焊前模擬計算,優化結構設計與工藝參數,形成“仿真-驗證-優化-制造”的生產模式,減少對人工經驗的依賴和大量非必要的試錯試驗,節省材料,縮短研發周期,提升生產效率,降低成本。
【痛點問題】
目前在焊接工藝仿真軟件研發方面存在三大痛點:
一、國外專用焊接仿真軟件,已滲透到我國國民經濟和國防軍事的多個領域,存在較大 “卡脖子”風險;
二、焊接模擬仿真技術一直面臨精度與效率難以兼顧的難題,尤其是面對大型復雜構件的焊接模擬中,網格數量高達百萬級甚至數千萬級,即使是國外焊接工藝仿真軟件其計算效率亦難以接受,失去了仿真的價值和意義;
三、面對集成電路制造對釬焊和固相焊數字化技術迫切需求,國內外并無相關焊接模擬軟件。
【解決方案】
本技術開發的具有完全自主知識產權的國產InteWeld焊接軟件,能夠高精高效的計算焊接溫度場、流場、應力場以及焊接變形,解決了國際上大型焊接結構模擬仿真長期存在的精度與效率難以兼顧的難題,快速優化焊接工藝參數、焊接順序、工裝夾具等工藝參數;還可對近年來新發展的電弧-激光-磁場多場復合焊接技術、真空激光焊接技術以及集成電路發展迫切需求的固相焊、釬焊等技術等實現初步的工藝仿真模擬。可為企業提供一種“結構設計-仿真模擬-驗證試驗-優化設計-生產制造”的研發生產新模式。
焊接已經成為了最重要的先進制造技術之一,對提高一個國家的工業制造水平及維護國防安全起著重要作用。根據美國焊接學會2000年數據,以焊接為關鍵技術的相關產業其總收入占當年美國GDP 34%,近年來該值已經上升到了50%以上。
焊接工藝仿真軟件在航空航天航發、集成電路、高端裝備、汽車工程、海洋工程、軌道交通、武器裝備、能源電力、冶金石化等重大工程領域均獲得重要應用。然而目前國內焊接工業軟件95%以上的市場被國外壟斷。自2018年美國對電科系、航天系等44家軍工企業實施出口管制進行技術封鎖以來,高端裝備制造行業購買焊接相關仿真軟件“卡脖子”風險一直存在,自主可控的國產工業軟件替代嚴重受制于人的國外工業軟件勢在必行。
因此,焊接工藝仿真軟件市場廣闊、前景光明。未來,在航空、航天、兵器、船舶、電子、高鐵、橋梁、汽車、石化等工程領域勢必獲得更為廣泛的應用,帶動相關產業上萬億元規模。
一、計算精度高:InteWeld軟件是突破千萬級網格的高效精確計算的焊接軟件。對于(超)大型復雜焊接結構,如上千條焊縫、數百個工裝夾具、網格劃分數量在數千百萬甚至數千萬的模擬環境,其計算效率較國際主流焊接軟件高達數倍,計算精度與實測值相比誤差在20%以內,且變形趨勢與實測完全一致。
二、計算效率高:InteWeld軟件的高效高性能并行求解算法解決了長期存在的效率與精度難兼顧的問題。同時利用多尺度多場負載均衡集群仿真技術,實現海量多物理場數據的并行可視化,解決了可視化慢的問題。數百萬級網格的溫度場計算可在1小時內獲得求解。
三、多場耦合焊接熔池流動模擬:InteWeld軟件能夠精確模擬焊接熔池流動行為,可實現電-磁-熱-流動多場耦合仿真,并且所采用的氣-液耦合雙時間步長算法,使計算效率提升幾十至數百倍。
四、自主知識產權的商業化專用焊接工業軟件:InteWeld軟件完全自主知識產權,面向國內一線焊接操作人員,中文界面,具有操作性簡單、界面友好的特點,其“四步走”的仿真流程,易學易操,特別適合一線技術人。
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