焊接应力及温度场计算机模拟实验.docx
- 文档编号:4104234
- 上传时间:2022-11-27
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:295.65KB
焊接应力及温度场计算机模拟实验.docx
《焊接应力及温度场计算机模拟实验.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《焊接应力及温度场计算机模拟实验.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
焊接应力及温度场计算机模拟实验
材料成形计算机模拟实验
一、对一个焊后未打磨的焊接结构件受外载时的应力集中现象进行分析,几何模型如下图所示。
焊件材料参数及物理性能如下。
条件:
对右侧施加一个X方向的拉力,位移为1.5*10-4m几何参数:
长0.08m宽0.05m高0.012m焊缝余高:
0.001m宽度0.01m材料性能:
弹性模量E2.1e11
泊松比0.30
实验程序为:
fini
/cle
/prep7
/unit,si
ET,1,SOLID45
ET,2,SOLID45
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,2.1e11
MPDATA,PRXY,1,,0.30
/以下是输入模型的几个关键点
csys,0
k,1,0,0,0
k,2,0,0.012,0
k,3,0.020,0.012,0
k,4,0.025,0,0
k,5,0.030,0.012,0
k,6,0.05,0.012,0
k,7,0.05,0,0
k,8,0.025,0.013,0
k,9,0.0216,0.005,0
k,10,0.0284,0.005,0
k,11,0,0,0.08
/以下是由上述关键点连成线
l,1,2!
line1
l,2,3!
line2
l,1,4!
line3
/larc是由三个点连成弧线
larc,3,5,8!
line4
larc,3,4,9!
line5
larc,4,5,10!
line6
l,5,6!
line7
l,4,7!
line8
l,6,7!
line9
l,1,11!
line10
/以下是由线组成面
al,1,2,3,5
al,4,5,6
al,6,7,8,9
vdra,all,,,,,,10
MSHAPE,0,3D
MSHKEY,1
/以下是对线进行分段
LESIZE,1,,,6,,,,,1
LESIZE,9,,,6,,,,,1
LESIZE,3,,,12,,,,,1
LESIZE,8,,,12,,,,,1
LESIZE,2,,,8,,,,,1
!
LESIZE,2,,,8,,,,,1
LESIZE,13,,,24,,,,,1
LESIZE,4,,,12,,,,,1
LESIZE,5,,,12,,,,,1
LESIZE,6,,,12,,,,,1
vmesh,all
!
wpoffs,0.025,0,0
!
vsysm,Y,all
!
vsysm,Z,all
/以下是在相应位置加约束
DA,4,UX,0
DA,1,UZ,0
DA,2,UZ,0
DA,3,UZ,0
DA,7,UY,0
DA,14,UY,0
/以下是加应力
DA,13,UX,1.5e-4
/sol
solve
fini
运行结果:
由运行结果得到:
由上图可以知道应力最大的区域在熔合区,其最大应力值为
;应力集中系数为:
1.27
二、焊接过程温度场模拟问题分析:
对1个焊接件的两条焊缝的凝固过程的温度场进行分析,几何模型如下图所示。
焊条及两块钢板的材料为钢,其物理性能见下表。
焊接过程可以归结为一个移动的热源作用下的传热过程,其分析流程主要包括以下步骤:
建立模型、设置热分析类型和选项、施加移动热源并求解、查看结果。
本例通过双椭球移动热源的加载以模拟该焊接过程,计算结构在焊接过程中的温度变化,以分析结构的性能是否达到设计的要求。
双椭球移动热源模型:
热输出效率0.60电压30V电流260A焊接速度0.00117m/s
式
(1)和式
(2)中,a、b、cf、cb为热源形状参数,q0为热输入功率,ff、fb为模型前后椭球的能量分配系数。
实验程序为:
/CLEAR,NOSTART
FINISH
/CONFIG,NRES,2000!
瞬态分析最大步数
/FILNAME,PLASMAA-TIG
/PREP7
!
***************************************************************
!
HEATTREATMENT
!
***************************************************************
!
THERMALANSLYSIS
!
***************************************************************
ET,1,PLANE55
ET,2,SOLID70
!
材料密度
MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000
MPDATA,DENS,1,1,7930,7930,7930,7930,7930
!
热膨胀系数
MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000
MPDATA,ALPX,1,1,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5
!
泊松比
MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000
MPDATA,NUXY,1,1,0.29,0.29,0.29,0.29,0.29
!
热传导系数
MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000
MPDATA,KXX,1,1,21.4,21.4,21.4,21.4,21.4
!
比热容
MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000
MPDATA,C,1,,500,500,500,500,500
!
*****************输入几何模型并剖分网格*****************
RECTNG,0,0.005,0,0.01,
RECTNG,0.005,0.01,0,0.01,
RECTNG,0.01,0.025,0,0.01,
/PNUM,LINE,1
/PNUM,VOLU,1
/PNUM,AREA,1
K,,,,,
K,,,,0.1
NUMMRG,ALL,!
合并
NUMCMP,LINE!
压缩
NUMCMP,KP
L,1,9
LESIZE,2,,,2,
LESIZE,6,,,2,
LESIZE,5,,,3,2
LESIZE,7,,,3,1/2
AMESH,2
!
*
LREF,2,,,1,1,OFF,ON
!
*
LESIZE,4,,,6,
LESIZE,2,,,6,
LESIZE,3,,,10,
LESIZE,1,,,10,
AMESH,1
LESIZE,10,,,8,
LESIZE,8,,,8,
LESIZE,6,,,2,
LESIZE,9,,,2,
AMESH,3
LESIZE,11,,,40,
VDRAG,1,2,3,,,,11
/TITLE,MESH
EPLOT
ALLSEL
*GET,EMAX,ELEM,,NUM,MAX!
获取结构上最大单元数EMAX
VSEL,S,,,1!
选择焊缝,排序,求出各单元的形心坐标
VSEL,S,,,1!
选择焊缝,排序,求出各单元的形心坐标
ESLV,S,1
NSLE,S,1
EPLOT
*GET,NSE,ELEM,,COUNT!
获取焊缝上最大单元数NSE
*DIM,NE,,NSE!
定义NE数组,记录所有单元编号
*DIM,NEX,,NSE!
定义NEX数组,记录所有焊缝单元的系统坐标系的X坐标
*DIM,NEY,,NSE!
定义NEY数组,记录所有焊缝单元的系统坐标系的Y坐标
*DIM,NEZ,,NSE!
定义NEZ数组,记录所有焊缝单元的系统坐标系的Z坐标
*DIM,NEORDER,,NSE!
定义单元编号数组,按几何位置排列,按层,道,角度的顺序
MINE=0!
定义初值,记录在循环中每次选中的单元
II=0
*DO,I,1,EMAX
*IF,ESEL(I),EQ,1,THEN
II=II+1
NE(II)=I!
焊缝上单元顺序排列
*ENDIF
*ENDDO
!
获取焊缝单元的坐标,分别存储于数组NEX,NEY,NEZ中
*DO,I,1,NSE
*GET,NEX(I),ELEM,NE(I),CENT,X
*GET,NEY(I),ELEM,NE(I),CENT,Y
*GET,NEZ(I),ELEM,NE(I),CENT,Z
*ENDDO
*CFOPEN,XYZ,TXT,,APPEND
*VWRITE
('NE,X,Y,Z')
*DO,NP,1,NSE
*VWRITE,NP,(NEX(NP)),(NEY(NP)),(NEZ(NP))
%6I%12.2F%12.2F%12.2F
!
(F6.0,',',F10.6,',',F10.6,',',F10.3,',')
*ENDDO
ALLSEL,ALL
!
*****************进入瞬态温度场分析求解*****************
/SOLU!
进入求解器
TUNIF,20!
定义初始温度
ANTYPE,TRANS!
设置为瞬态求解
!
KBC,1
KBC,0
OUTRES,,ALL!
定义结果输出
TOFFST,273!
定义温度偏移量
ALLSEL,ALL!
选择所有节点
AUTOTS,ON!
打开自动时间开关
!
PARAMETEROFTHEPLASMAARC
EITA=0.60
VOLTAGE=30
CURRENT=260
SPEED=0.00117
ra=8/1000
rb=4/1000
rc1=1.5/1000
rc2=4.5/1000
fraction1=0.5
fraction2=1.5
thick=10/1000
DT=0.1/40/SPEED
Z0=0
TM=1E-3
DTIME=DT
*DIM,GENQ,,NSE!
定义GENQ数组,记录焊缝单元的热生成率
*DO,ITM,1,40,!
设置计算步数
TM=(ITM-1)*DT+1e-3
TIME,TM!
当前时间为TM
!
给本次加载步中受热部分的单元加载
!
本次加载步中受热部分的单元加载
ZMAX=Z0+SPEED*TM+10*RC1
ZMIN=Z0+SPEED*TM-10*RC2
*DO,II,1,NSE
*IF,NEZ(II),LE,ZMAX,THEN
*IF,NEZ(II),GT,0,THEN
Q1=6*1.732*FRACTION1*EITA*VOLTAGE*CURRENT/((3.1416**1.5)*RA*RB*RC1)
INSIDE1=-3*(((NEZ(II))-SPEED*TM)**2/RC1/RC1)
INSIDE2=-3*(NEX(II)*NEY(II)/RB/RB)
INSIDE3=-3*((THICK-NEY(II))**2/RA/RA)
INSIDE=INSIDE1+INSIDE2+INSIDE3
*IF,INSIDE,LE,-10,THEN
Q2=0
*ENDIF
*IF,INSIDE,GT,-10,THEN
Q2=EXP(INSIDE)
*ENDIF
GENQ(II)=Q1*Q2
BFE,NE(II),HGEN,,GENQ(II)
*ENDIF
*ENDIF
*IF,NEZ(II),LT,0,THEN
*IF,NEZ(II),GT,ZMIN,THEN
Q1=6*1.732*FRACTION2*EITA*VOLTAGE*CURRENT/((3.1416**1.5)*RA*RB*RC2)
INSIDE1=-3*(((NEZ(II))-SPEED*TM)**2/RC2/RC2)
INSIDE2=-3*(NEX(II)*NEY(II)/RB/RB)
INSIDE3=-3*((THICK-NEY(II))**2/RA/RA)
INSIDE=INSIDE1+INSIDE2+INSIDE3
*IF,INSIDE,LE,-10,THEN
Q2=0
*ENDIF
*IF,INSIDE,GT,-10,THEN
Q2=EXP(INSIDE)
*ENDIF
GENQ(II)=Q1*Q2
BFE,NE(II),HGEN,,GENQ(II)
*ENDIF
*ENDIF
*ENDDO
ALLSEL
SOLVE!
求解
!
删除本次加载步中受热部分的单元荷载,为下一步加载做准备
*DO,II,1,NSE
*IF,NEZ(II),LT,ZMAX,THEN
*IF,NEZ(II),GT,ZMIN,THEN
BFEDE,NE(II),HGEN,,GENQ
*ENDIF
*ENDIF
*ENDDO
*ENDDO
/POST1
/VIEW,1,-0.8,0.34,0.468
/ANG,1,-6.5
/REPLO
/AUTO,1
/REP,FAST
*DO,II,1,40
SET,,,,,,,II
PLNSOL,TEMP,,0,10
*ENDDO
/VIEW,1,-0.8,0.34,0.468
/ANG,1
/REP,FAST
/post1
/seg,dele
/dscale,1,1.0
avprin,0,0
avres,1
/seg,multi,temp1,0.1
esel,all
*do,i,1,40
SET,,,,,,,i
plnsol,temp
*enddo
/seg,off,temp40,1
/anfile,save,temp40,avi
/image,save,temp40,jpeg
anim,1,1,1
finish
实验结果截图:
由程序运行结果来看:
随着热源的移动温度场也在移动,相应位置的组织结构性能随之发生动态变化。
ANSYS程序可以形象地表述这个过程。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 焊接 应力 温度场 计算机 模拟 实验