ANSYS的生死单元模拟焊接过程(转载)

1、 ANSYS 的生死单元模拟焊接过程2016 年 10 月 11 日 1388长安 CAEANSYS 的生死单元模拟焊接过程1 概述焊接模拟计算在 CAE 仿真是比较大的一块内容，也是比较复杂的一个过程，几个比较关键的问题是热源函数的描述、单元的融覆、热源的移动等等，通过单纯的 GUI 操作，无论使 ANSYS 还是 Abaqus 都不大可能完成这个过程，通常需要借助软件的内置语言。本次主要介绍单元生死的应用，单元生死主要用于单元缺失的场合，比如凝固溶解过程，断裂过程，焊接过程等等，这些过程都是非线性或者时间历程过程，计算需要很多子步和迭代，为了在此过程中避免一遍一遍修改单元，便引入生死单元的

2、概念，通俗的讲就是通过一些方法让单元失效，具体的改变是单元的弹性模量的改变，当单元死时，修改其弹性模量为非常小的值，让其在求解过程中不起作用。详细地说，激活单元死这个状态时，ANSYS 程序将单元刚度矩阵乘以很小的因子，程序默认值为 1E-6，死单元的单元载荷为 0，从而不对载荷向量生效，同样的，死单元的质量、阻尼、比热等等参数也设置为 0，单元的应力应变也因此为 0。前处理包括单元定义、材料定义和建模，单元定义是需要注意单元属性，此次定义13号二维耦合单元，具有温度和位移自由度。材料属性包括结构参数和热参数，具体包含弹性模量，泊松比，屈服强度，塑性属性，材料密度，热膨胀系数，热传导系数，比热

3、容。焊接时温度较高，定义材料通常需要定义多个温度下的值。例如定义各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量：tbdata,1, 70e6,0.010e11 tbtemp,2000,5tbdata,1, 7e6,0.001e11建立的二维模型如图 1 所示，中间三角区域为焊接区域。划分网格后如图 2 所示： 焊接区域的单元排序是一个必要的过程，只有将单元按照坐标顺序排列好，激活才好控制。由于焊接时单元是从底部一层一层铺，因此需要将三角区域的单元按照 Y 坐标排序。单元的坐标是其形心处的坐标，如果一层的单元 Y 坐标一致，则将这一层再按照 X 坐标排序。排序用 ANSYS 的 APDL 实现，

4、通过 Do 循环一遍一遍的遍历单元。其主要流程如图 3 所示： 在进行这个过程之前，需要先选出焊接区域的所有单元，之后：！焊接区域单元数目 nse！定义数组，存储单元编号！定义数组，存储坐标 x！定义数组，存储坐标 y！定义数组，存储按照坐标排序的单元标号！得到剩下的单元数目 nse1*do,i,1,emax*if,esel(i),eq,1,then！表示单元是否被选中 ii=ii+1ne(ii)=i*endif*enddo元的编号！此段循环用于得到剩下的单！此段循环得到剩下单元的坐标！定义辅助常数，用于比较miny=1e20minx=1e20mine=ne(i)*endif*endif*en

5、dif*enddo单元编号）！此段循环用于将剩下的单元经过坐标比较，找到 Y 最小（X 最小的 ！得到这个编号的单元并存储注意循环的时候会有图 4 的这个警告，这个没有关系，因为第一步剔除单元操作时实际并没有剔除成功，因为第一步循环时 mine=0。图4 Wanrning焊接一个单元的时间假设为 5s，起始时间为 0，通过得到的单元数可以知道整个历程的时间。求解之前先将所有焊接区域的单元杀死，通过循环遍历实现，命令是 ekill，每次杀死一个单元：杀死后单元如图 5 所示： t=t+dt1time,tnsubst,1*do,j,1,4d,nelem(neorder(i),j),temp,max_tem*enddo solve!*下面的求解用于保证初始的升温速度为零*t=t+dt1time,tsolve!*下面的步骤用于求解温度分布*do,j,1,4ddele,nelem(neorder(i),j),temp*enddot=t+50000求解完之后，继续求解冷却过程，冷却过程只需给一个时间就行。5 计算结果最后的应力分布