【2017年整理】十字接头双侧填丝焊焊接热过程数值模拟

【2017年整理】十字接头双侧填丝焊焊接热过程数值模拟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1一、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:120mm×50mm×6mm。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:ADD0000.08000.1000.1200DUPLICATETRANSLATIONS00.0060POINTSALL:EXISTPTS:ADD0.0740.00600.1260.00600.20.0060DUPLICATETRANSLATIONS00.0060POINTS选择需要复制的四个点(右键确定)2(2)连线，生成二维模型如下图(1)所示:(3)二维网格划分运用AUTOMESHCURVEDIVISIONSFIX#DIVISIONS:#DIVISIONS4APLLYCURVEDIVISIONS选择图形中两个小三角形的边界，右键确定运用SUBDIVIDEDIVISIONSxyzBIASFACTORSxyzCURVES3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。AUTOMESH2DPLANARMESHINGQUADMESH!二维面网格划分完成后，得到下图:4下面需要扩展为三维体网格EXPANDTRANSLATIONS000.002REPETITION25ELEMENTALL:EXISTRETURNSWEEP:ALLRETURNRENUMBER:ALL得到的三维实体网格如下图所示:5SELECTELEMETS: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MATERIALPROPERTIESISOTROPICYOUNGER’SMODULUS2.1E11POISSON’SRATIO0.33MASSDENSITY7800PLASTICITY:ELASTIC-PLASTICINITIALYIELD2.5E8RETURNTHERMALEXP.1.2E-5RETURN6RETURN如图所示:HEATTRANSFERCONDUCTIVITY40RETURNSPECIFICHEAT500RETURNMASSDENSITY7800RETURN如图所示:ADDALL:EXISTRETURNRETURN以上认为母材和焊道单元的材料性能是一样的。73.建立焊接路径MODELINGTOOLSWELDPATHSNEW(weldpath1)PATHINPUTMETHODNODES:ADD在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。ORIENTATIONINPUTMETHODNODESADD并选择三角形直角顶点上的点。两条焊缝都要定义。NEW(weldpath2)PATHINPUTMETHODNODES:ADD在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。ORIENTATIONINPUTMETHODNODESADD并选择三角形直角顶点上的点。4.建立焊道WELDFILLERSNEWELEMENTSADDSETSET1NEWELEMENTSADDSETSET25.施加边界条件1焊接温度场的边界条件BOUNDARYCONDITIONSNEWTHERMALMOREVOLUMEWELDFLUXFLUXPOWER2600EFFICIENCY0.78WIDTH0.006DEPTH0.005FORWARDLENGTH0.003REARLENGTH0.015VELOCITY0.002WELDPATHWeldpath1ELEMENTAddALL:SETSET1OK(apply1)NEWTHERMALMOREVOLUMEWELDFLUXFLUXPOWER2600EFFICIENCY0.7WIDTH0.006DEPTH0.005FORWARDLENGTH0.003REARLENGTH0.015VELOCITY0.0029WELDPATHWeldpath1ELEMENTAddALL:SETSET1OK(apply2)NEWRETURNFACEFILMFILMCOEFFICIENT40SINKTEMPERATURE20RETURNFACESADD框选法确定所有外表面。2焊接应力场的边界条件NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTXNODESADD选择上搭接板上的节点，确定(apply4)NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTYNODESADD选择下搭接板上表面的节点，确定(apply5)NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTZNODESADD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-STATIC10LOADS:点掉apply2CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30RETURNTOTALLOADCASETIME25CONSTANTTIMESTEPPARAMETERS#STEPS25OKOKNEW(loadcase2)COUPLEDQUASI-STATICLOADS:点掉apply1CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30RETURNTOTALLOADCASETIME25CONSTANTTIMESTEPPARAMETERS#STEPS25OKOK2定义冷却过程NEWQUASI-STATICLOADS:取消apply1apply2CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30OKTOTALLOADCASETIME5000ADAPTIVE:TEMPERATUREPARAMETERSMAX#INCREMENTS500INITIALTIMESTEP1OKOK117.定义作业JOBSCOUPLESAVAILABLELcase1Lcase2Lcase3ANALYSISOPTIONSPLASTICITYPROCEDURE:SMALLSTRAINLUMPEDMASS&CAPACITYOKJOBRESULTSSTRESSEquivalentVonMisesStressOKRUNSUBMIT(1)Monitor128.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:1312S云纹图30S云纹图14212S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。15三、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200x2