Физические и химические процессы, протекающие при сварке, можно моделировать различными методами. Проведение математических расчетов для реального сварочного процесса достаточно трудная задача. Решения можно получить только для отдельных простейших задач, с использованием ряда упрощающих допущений. Для решения вопросов, актуальных для современной промышленности, необходимо совместное рассмотрение целого комплекса физико-химических процессов при сварке. При этом необходимо учитывать процессы, протекающие в источнике энергии для сварки, источнике питания, протекание электрического тока через соединение, распространение теплоты при нагреве и охлаждении, структурные, фазовые и химические превращения, плавление, кристаллизацию шва, изменение свойств материала в шве и зоне термического влияния, диффузию примесей, а так же сварочные деформации и напряжения. Часть этих процессов, возникающих при сварке и родственных ей технологиях (нагрев и охлаждение, агрессивные среды, деформации), может присутствовать и в эксплуатационных нагрузках, т. е. действовать на готовую конструкцию, влияя на ее работоспособность. Достоверность и точность оценки воздействия на сварную конструкцию комплекса процессов, протекающих в ней при ее изготовлении и эксплуатации, обеспечивают натурные эксперименты на реальных изделиях или компьютерное моделирование на основе численных методов. Этапы моделирование сварки, наплавки или термической обработки для всех программных комплексов, основанных на методе конечных элементов (КЭМ) имеют общий вид. На основе КЭМ работают программные комплексы: ANSYS, ABAQUS, Comsol Multiphysics и другие. Они имеют разный уровень специализации для моделирования процессов сварки. Интересным примером, с точки зрения круга решаемых задач, является программный комплекс «СВАРКА». Он реализует метод конечных элементов при расчете тепловых и деформационных задач. Сейчас я приведу основные отличия между ANSYS и Comsol Multiphysics. И ANSYS, и Comsol Multiphysics позволяют проводить расчеты методом конечных элементов многих процессов и явлений, а пользовательские модули и функции существенно расширяют их возможности. В ANSYS имеется свой встроенный язык программирования APDL (ANSYS Parametric Design language), а в Comsol Multiphysics можно программировать на языке, схожим с языком Matlab. Сегодня оба пакета позволяют решать широкий класс задач, в них заложены модули для решения различных связанных проблем, например, электрогидродинамика, термомеханика и т.п. В каждом из пакетов реализована возможность решения связанных упругогидродинамических краевых задач, вычислительная сетка может быть подвижной. Каждый из пакетов в базе имеет достаточно мощные CADредакторы, однако, в некоторых смыслах они не являются полноценными. Оба пакета работают с геометрическими объектами как с множествами. Редакторы вычислительных сеток в обоих программах позволяют создавать треугольные и четырехугольные (в трехмерном случае тетраэдрические и гексаэдрические) сетки. Основное отличие ANSYS и Comsol Multiphysics заключается в их концепции. В Comsol Multiphysics всегда при использовании любого модуля ясно видно постановка задачи, то есть пользователю доступны и уравнения, описывающие процесс, и граничные условия в явном виде. В ANSYS, напротив, математическая постановка скрыта от пользователя за выбором элемента. Инженер не видит уравнений и граничных условий в том виде, в которых их привыкли видеть физики и математики. В ANSYS выбор элемента означает выбор уравнений, описывающих процесс. В Comsol Multiphysics выбор элемента ни к чему не обязывает, уравнения задаются отдельно при выборе модуля или заданием их коэффициентов и констант. В целом, оба пакета являются мощными комплексами для выполнения расчетов методом конечных элементов.
