4.4.1 問題描述

SUS301L-HT不銹鋼板(200mmx150mmx3mm)，表面 MIG 堆焊，如圖 4-6所示。

焊接參數(shù):焊接電流 60A，電壓16.5V，焊接速度250mm/min，焊接熱源的熱效率可取 0.75。通過數(shù)值模擬得到焊接溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場及焊后殘余應(yīng)力與變形。

4.4.2 問題分析

這是一個簡單的三維焊接問題，可采用間接耦合方式，分別計算焊接溫度場與后續(xù)的應(yīng)力場及焊后變形。鑒于所焊工件為薄板，可采用表面高斯分布熱源型來模擬焊接熱源。

首先應(yīng)在 Abaqus/CAE 中建立模擬對象的幾何模型、設(shè)定邊界等，然后編寫熱源子程序，提交計算并對計算結(jié)果進行觀測分析。

1.創(chuàng)建幾何體

1)啟動Abaqus/CAE，在打開的Start Session 對話框中選擇 Create ModelDatabase-With Standard/Explicit Model選項，啟用通用分析模塊。

2)在 Module 下拉列表中選擇Part 選項，進入 Part 模塊。

3) 在菜單欄中選擇Part→Create命令，或者在工具箱中單擊西按鈕，打開圖4-7所示的 Create Part 對話框。

4) 將部件命名為Plate，在Modeling Space 下選擇3D;在Type下選擇Deformable，即三維可變形體;在Base Feature 下選擇 Solid、Extrusion，即通過截面拉伸獲得三維實體模型。

5)在 Approximate size(估計尺寸)文本框中輸入“800”(這個尺寸大約為模型最大尺寸的4倍，并無固定限制)。單擊 Continue(繼續(xù))按鈕，出現(xiàn)畫草圖界面，并顯示柵格。這時需要畫出三維體的一個二維截面。

6)由于模型根據(jù)焊縫中心對稱，建模時只需建立整體平板的一半即可。在工具欄中單擊口按鈕，在提示區(qū)出現(xiàn)提示后，分別輸入(0,0)和(200,75)作為矩形截面的兩個對角點，此為三維體的二維矩形截面(即上表面)，然后單擊鼠標中鍵完成截面圖形的繪制。

7)在提示區(qū)單擊 OK按鈕，打開Edit Basic Extrusion 對話框。在對話框的Depth(深度)文本框中輸入“3”，即三維模型的厚度為3mm，單擊OK 按鈕生成三維部件，如圖 4-8所示。

圖4-7 Create Part 對話框

圖4-8 三維部件圖

2.設(shè)置材料屬性

1)在 Module 下拉列表中選擇 Property選項，進入 Property 模塊，在菜單欄中選擇 Material→Create 命令,或者在工具箱中單擊么 按鈕,打開 Edit Material 對話框。2)將材料命名為 Steel。由于在間接耦合熱力分析中，第一步的焊接溫度場計算是一個熱過程分析，只需要輸入材料的熱物理性能即可。在Thermal(熱性能)任務(wù)頁面的 Conductivity(傳導(dǎo)率)文本框中輸入熱導(dǎo)率，在Specificheat(比熱)文本框中輸入比熱容，在Latent heat(潛熱)文本中輸入潛熱，在General任務(wù)頁面的 Density(密度)文本框中輸入密度。

在輸入性能參數(shù)的時候，需要注意兩點。一是要做到單位統(tǒng)一，為了方便起見，統(tǒng)一采用 mm-t-s單位，溫度的單位為K;二是焊接過程中溫度變化劇烈，需要注意材料性能的溫度相關(guān)性，可以通過在性能設(shè)置界面勾選Usetemperaturedependent data(使用溫度相關(guān)數(shù)據(jù))復(fù)選框，來設(shè)定相關(guān)性能在每個溫度點所對應(yīng)的性能數(shù)值。設(shè)置完成后，單擊OK 按鈕。

在本例中，SUS301L-HT不銹鋼的密度可取7.8E-9tmm’(Abaqus 可采用科學(xué)計數(shù)法輸入數(shù)據(jù)，如7.8E-9指的是7.8x109)，并假設(shè)其不隨溫度變化。潛熱取2.6E+11 mJ/t，固相線溫度1350K，液相線溫度1723K。其他隨溫度改變的熱物理性能參數(shù)見表 4-1。

表 4-1 SUS301L-HT 不銹鋼的熱物理性能參數(shù)

3) 在菜單欄中選擇Section→Create命令，或者在工具箱中單擊富按鈕創(chuàng)建區(qū)域?qū)傩裕礊槟Ｐ椭械牟煌瑓^(qū)域賦予不同材料做準備。在本例中模型為一個均質(zhì)體，所以創(chuàng)建一個分區(qū)即可。

在打開的 Create Section 對話框中定義區(qū)域名為 Weldment，在 Category 選項組中勾選Solid 單選按鈕，在Type 列表框中選擇Homogeneous(各向同性)選項,單擊 Continue 按鈕。

4) 在打開的 Edit Section對話框中選擇第 2)步建立的 Steel 作為材料，單擊OK 按鈕完成創(chuàng)建。

5) 在菜單欄中選擇Assign→Section命令，或者在工具箱中單擊到按鈕，即將建立的區(qū)域性能賦給整個分區(qū)，用鼠標指針框選整個部件，Abaqus會把選擇的區(qū)域高亮化，單擊提示區(qū)的 Done 按鈕，打開Assign Section 對話框，單擊OK按鈕，部件顏色變綠說明部件已被賦予材料性能。

3.組裝部件

在 Module 下拉列表中選擇Assemble 選項，進入 Assembly 模塊，由于此模型只有一個部件，所以完成導(dǎo)入即可，導(dǎo)入后的部件即作為一個實例出現(xiàn)在繪圖區(qū)中。在菜單欄中選擇Instance→Create命令，或者在工具箱中單擊按鈕，打開Create Instance 對話框，選擇Plate部件，在Instance Type 下選擇Independent(獨立的)，即后續(xù)將在此實例上為其劃分網(wǎng)格。設(shè)置完成后單擊OK按鈕，即可導(dǎo)入完成的平板模型。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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