研究生课程考核十字接头双侧填丝焊接.doc

2014年 春 季学期研究生课程考核（研究报告）考核科目: 焊接过程建模基础 学生所在院（系）: 材料科学与工程学生所在学科: 材料加工工程学 生 姓 名*学 号*学 生 类 别学术型考核结果阅卷人一、实验目的1. 了解焊接热过程数值模拟的基本思路； 2. 熟悉marc软件的界面和基本操作；3. 利用marc能够独立完成焊接热过程的数值模拟。二、实验内容十字接头双侧填丝焊接（板厚10mm,其它自定）1. 建立模型首先定义焊接平板尺寸为：120mm50mm6mm。搭接长度为40mm，计算出各个点坐标。（建立模型过程中采用国际单位制m）（1）生成点pts: add0 0 0 0.08 0 00.1 0 00.12 0 0duplicatetranslations0 0.006 0pointsall: exist pts: add0.074 0.006 00.126 0.006 00.2 0.006 0duplicatetranslations0 0.006 0points选择需要复制的四个点 （右键确定）（2）连线，生成二维模型如下图（1）所示：（3）二维网格划分运用automeshcurve divisionsfix # divisions: #divisions4aplly curve divisions选择图形中两个小三角形的边界，右键确定运用subdividedivisionsx y zbias factorsx y zcurves 对其余的边线进行网格划分。为了使网格划分更加规则，复制两上下边上的节点到板的中心，得到下图：下面进行网格划分。网格划分结果如图3所示。automesh2d planar meshingquad mesh!二维面网格划分完成后，得到下图：下面需要扩展为三维体网格expandtranslations0 0 0.002 repetition 25 elementall:existreturnsweep: allreturn renumber: all 得到的三维实体网格如下图所示：selectelemets：settingstoreset1选择焊道单元，确定elemets：settingstoreset2选择焊道单元，确定2. 施加材料性能material propertiesisotropicyoungers modulus 2.1e11poissons ratio 0.33mass density 7800plasticity:elastic-plasticinitial yield 2.5e8returnthermal exp. 1.2e-5returnreturn 如图所示：heat transferconductivity 40returnspecific heat 500returnmass density 7800return 如图所示：add all: existreturn return 以上认为母材和焊道单元的材料性能是一样的。3. 建立焊接路径modeling toolsweld pathsnew（weldpath1）path input method nodes:add在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。orientation input method nodes add并选择三角形直角顶点上的点。两条焊缝都要定义。new（weldpath2）path input method nodes:add在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。orientation input method nodes add并选择三角形直角顶点上的点。4. 建立焊道 weld fillersnewelements addsetset1newelements addsetset25. 施加边界条件1焊接温度场的边界条件boundary conditionsnewthermalmorevolume weld fluxfluxpower 2600efficiency 0.7width 0.006depth 0.005forward length 0.003rear length 0.015velocity 0.002weld path weldpath1element addall:setset1 ok (apply1)newthermalmorevolume weld fluxfluxpower 2600efficiency 0.7width 0.006depth 0.005forward length 0.003rear length 0.015velocity 0.002weld path weldpath1element addall:setset1 ok (apply2)new returnface filmfilmcoefficient 40sink temperature 20 returnfacesadd框选法确定所有外表面。2 焊接应力场的边界条件newmechanicalfix displacementdisplacement xnodes add选择上搭接板上的节点，确定 （apply4)newmechanicalfix displacementdisplacement ynodes add选择下搭接板上表面的节点，确定 （apply5）newmechanicalfix displacementdisplacement znodes add选择下搭接板下表面的节点，确定 （apply6）6. 设置工况1 定义焊接过程loadcasesnew（loadcase1）coupledquasi-staticloads：点掉apply2convergence testing displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in temperature estimate 30 return total loadcase time 25constant time step parameters#steps 25okoknew（loadcase2）coupledquasi-staticloads：点掉apply1convergence testing displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in temperature estimate 30 return total loadcase time 25constant time step parameters#steps 25okok2 定义冷却过程newquasi-staticloads:取消apply1 apply2convergence testing displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in temperature estimate 30 ok total loadcase time 5000 adaptive: temperatureparametersmax #increments 500initial time step 1 okok7. 定义作业jobscouplesavailablelcase1lcase2lcase3analysis optionsplasticity procedure:small strain lumpedmass & capacity okjob resultsstressequivalent von mises stress okrunsubmit(1)monitor8. 结果分析温度场分析1焊接过程总共50s，取12s,30s,37s时的情况分析。模型焊接温度场的三维分布图形如图所示：12s云纹图30s云纹图2 12s时，焊缝直线上的温度分布如下：分析：熔池位置的横向应力很小，这是由于此时材料软化造成。电弧的前端位置为压缩应力，这是由于该处材料受热膨胀，而受周围材料压缩导致。2观察33方向的应力，在本模型中为焊接纵向应力，如下图所示为焊接12s时的纵向应力。三、思考题1. 建模过程中经常会遇到什么问题，如何解决？答：问题1：对于双道焊缝，如何使两条焊缝同时焊接与顺序焊接？解决：如果是两条焊缝顺序焊接，则需定义两个loadcase1和loadcase2。如果是两条焊缝同时焊接，则只需定义一个loadcase1。即可达到目标。问题2：建模过程中，线划分不符合原来设计要求，即不是从远离焊缝处到焊缝近处渐变的；网格划分时提示找不到闭合的单元。解决：划线时注意连接点的顺序，偏置系数小于1时，连线的方向就是划分时从密到疏的方向。网格划分找不到闭合单元因为线与线的交点不明确，框选的单元不是完整单元，还有可能是显示器的问题，把图放大后再框选就没有这个问题了。2.如何进行热源校核，其目的是什么？答：热源校核就是热模拟，流程包括建模，输入材料性能，确定焊接路径，焊道，施加边界条件，设置工况，定义作业。热过程的数值模拟可以优化结构设计和工艺设计，减少试验工作量，提高焊接接头质量。3. 焊接参数如何定义，常会遇到什么问题？答：焊接参数根据选择的焊接方法和工件厚度定义。选择tig焊的方法，焊接效率是0.7，开始选择的热源输入为200x20=4000，观