【2017年整理】十字接頭雙側(cè)填絲焊焊接熱過程數(shù)值模擬

【2017年整理】十字接頭雙側(cè)填絲焊焊接熱過程數(shù)值模擬2014年春季學期研究生課程考核(研究報告)考核科目:焊接過程建?；A(chǔ)學生所在院(系):材料科學與工程學生所在學科:材料加工工程學生姓名******學號******學生類別學術(shù)型考核結(jié)果閱卷人1一、實驗?zāi)康?.了解焊接熱過程數(shù)值模擬的基本思路;2.熟悉Marc軟件的界面和基本操作;3.利用Marc能夠獨立完成焊接熱過程的數(shù)值模擬。二、實驗內(nèi)容十字接頭雙側(cè)填絲焊接(板厚10mm,其它自定)1.建立模型首先定義焊接平板尺寸為:120mm×50mm×6mm。搭接長度為40mm，計算出各個點坐標。(建立模型過程中采用國際單位制m)(1)生成點PTS:ADD0000.08000.1000.1200DUPLICATETRANSLATIONS00.0060POINTSALL:EXISTPTS:ADD0.0740.00600.1260.00600.20.0060DUPLICATETRANSLATIONS00.0060POINTS選擇需要復制的四個點(右鍵確定)2(2)連線，生成二維模型如下圖(1)所示:(3)二維網(wǎng)格劃分運用AUTOMESHCURVEDIVISIONSFIX#DIVISIONS:#DIVISIONS4APLLYCURVEDIVISIONS選擇圖形中兩個小三角形的邊界，右鍵確定運用SUBDIVIDEDIVISIONSxyzBIASFACTORSxyzCURVES3對其余的邊線進行網(wǎng)格劃分。為了使網(wǎng)格劃分更加規(guī)則，復制兩上下邊上的節(jié)點到板的中心，得到下圖:下面進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。AUTOMESH2DPLANARMESHINGQUADMESH!二維面網(wǎng)格劃分完成后，得到下圖:4下面需要擴展為三維體網(wǎng)格EXPANDTRANSLATIONS000.002REPETITION25ELEMENTALL:EXISTRETURNSWEEP:ALLRETURNRENUMBER:ALL得到的三維實體網(wǎng)格如下圖所示:5SELECTELEMETS:SETTINGSTORESET1選擇焊道單元，確定ELEMETS:SETTINGSTORESET2選擇焊道單元，確定2.施加材料性能MATERIALPROPERTIESISOTROPICYOUNGER’SMODULUS2.1E11POISSON’SRATIO0.33MASSDENSITY7800PLASTICITY:ELASTIC-PLASTICINITIALYIELD2.5E8RETURNTHERMALEXP.1.2E-5RETURN6RETURN如圖所示:HEATTRANSFERCONDUCTIVITY40RETURNSPECIFICHEAT500RETURNMASSDENSITY7800RETURN如圖所示:ADDALL:EXISTRETURNRETURN以上認為母材和焊道單元的材料性能是一樣的。73.建立焊接路徑MODELINGTOOLSWELDPATHSNEW(weldpath1)PATHINPUTMETHODNODES:ADD在模型上，利用節(jié)點法，選擇起弧點和節(jié)弧點。ORIENTATIONINPUTMETHODNODESADD并選擇三角形直角頂點上的點。兩條焊縫都要定義。NEW(weldpath2)PATHINPUTMETHODNODES:ADD在模型上，利用節(jié)點法，選擇起弧點和節(jié)弧點。ORIENTATIONINPUTMETHODNODESADD并選擇三角形直角頂點上的點。4.建立焊道WELDFILLERSNEWELEMENTSADDSETSET1NEWELEMENTSADDSETSET25.施加邊界條件1焊接溫度場的邊界條件BOUNDARYCONDITIONSNEWTHERMALMOREVOLUMEWELDFLUXFLUXPOWER2600EFFICIENCY0.78WIDTH0.006DEPTH0.005FORWARDLENGTH0.003REARLENGTH0.015VELOCITY0.002WELDPATHWeldpath1ELEMENTAddALL:SETSET1OK(apply1)NEWTHERMALMOREVOLUMEWELDFLUXFLUXPOWER2600EFFICIENCY0.7WIDTH0.006DEPTH0.005FORWARDLENGTH0.003REARLENGTH0.015VELOCITY0.0029WELDPATHWeldpath1ELEMENTAddALL:SETSET1OK(apply2)NEWRETURNFACEFILMFILMCOEFFICIENT40SINKTEMPERATURE20RETURNFACESADD框選法確定所有外表面。2焊接應(yīng)力場的邊界條件NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTXNODESADD選擇上搭接板上的節(jié)點，確定(apply4)NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTYNODESADD選擇下搭接板上表面的節(jié)點，確定(apply5)NEWMECHANICALFIXDISPLACEMENTDISPLACEMENTZNODESADD選擇下搭接板下表面的節(jié)點，確定(apply6)6.設(shè)置工況1定義焊接過程LOADCASESNEW(loadcase1)COUPLEDQUASI-STATIC10LOADS:點掉apply2CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30RETURNTOTALLOADCASETIME25CONSTANTTIMESTEPPARAMETERS#STEPS25OKOKNEW(loadcase2)COUPLEDQUASI-STATICLOADS:點掉apply1CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30RETURNTOTALLOADCASETIME25CONSTANTTIMESTEPPARAMETERS#STEPS25OKOK2定義冷卻過程NEWQUASI-STATICLOADS:取消apply1apply2CONVERGENCETESTINGDISPLACEMENTSRELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE0.1MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30OKTOTALLOADCASETIME5000ADAPTIVE:TEMPERATUREPARAMETERSMAX#INCREMENTS500INITIALTIMESTEP1OKOK117.定義作業(yè)JOBSCOUPLESAVAILABLELcase1Lcase2Lcase3ANALYSISOPTIONSPLASTICITYPROCEDURE:SMALLSTRAINLUMPEDMASS&CAPACITYOKJOBRESULTSSTRESSEquivalentVonMisesStressOKRUNSUBMIT(1)Monitor128.結(jié)果分析溫度場分析1焊接過程總共50S，取12S,30S,37S時的情況分析。模型焊接溫度場的三維分布圖形如圖所示:1312S云紋圖30S云紋圖14212S時，焊縫直線上的溫度分布如下:分析:熔池位置的橫向應(yīng)力很小，這是由于此時材料軟化造成。電弧的前端位置為壓縮應(yīng)力，這是由于該處材料受熱膨脹，而受周圍材料壓縮導致。2觀察33方向的應(yīng)力，在本模型中為焊接縱向應(yīng)力，如下圖所示為焊接12s時的縱向應(yīng)力。15三、思考題1.建模過程中經(jīng)常會遇到什么問題，如何解決,答:問題1:對于雙道焊縫，如何使兩條焊縫同時焊接與順序焊接,解決:如果是兩條焊縫順序焊接，則需定義兩個loadcase1和loadcase2。如果是兩條焊縫同時焊接，則只需定義一個loadcase1。即可達到目標。問題2:建模過程中，線劃分不符合原來設(shè)計要求，即不是從遠離焊縫處到焊縫近處漸變的;網(wǎng)格劃分時提示找不到閉合的單元。解決:劃線時注意連接點的順序，偏置系數(shù)小于1時，連線的方向就是劃分時從密到疏的方向。網(wǎng)格劃分找不到閉合單元因為線與線的交點不明確，框選的單元不是完整單元，還有可能是顯示器的問題，把圖放大后再框選就沒有這個問題了。2.如何進行熱源校核，其目的是什么,答:熱源校核就是熱模擬，流程包括建模，輸入材料性能，確定焊接路徑，焊道，施加邊界條件，設(shè)置工況，定義作業(yè)。熱過程的數(shù)值模擬可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計，減少試驗工作量，提高焊接接頭質(zhì)量。3.焊接參數(shù)如何定義，常會遇到什么問題,答:焊接參數(shù)根據(jù)選擇的焊接方法和工件厚度定義。選擇TIG焊的方法，焊接效率是0.7，開始選擇的熱源輸入為200x2