4.定義分析步

1)在 Module 下拉列表中選擇 Step選項，進入 Step 模塊，在菜單欄中選擇Step→Create 命令，或者在工具欄中單擊按鈕，打開 Create Step 對話框，命名分析步為 Welding，選擇分析步類型為Heattransfer(熱傳導分析)，單擊 Continue按鈕。打開 Edit Step 對話框,在 Description(描述)文本框中輸入“Thisisaweldingstep”，接受默認的瞬態(tài)分析類型。在Time period(時長)文本框中輸入此分析步的持續(xù)時間，在本例中也就是焊接的時間，可取焊道長度/焊接速度，即200/(250/60)=48(s)。

 

2) 如圖 4-9所示，在Incrementation(增量步)選項卡中輸入相關數(shù)據(jù)，單擊 OK 按鈕，完成焊接分析步的創(chuàng)建。

 

其中，Maximum number ofincrements 默認值為 100，而焊接過程一般均需要較多的增量步才能完成,因此需要設為一個較大的數(shù)值(取10000)。對于 Incrementsize 的設置，由于焊接過程熱量集中，變量局部梯度較大，因此需要設置為較小的增量步才能保證收斂。為此，Initial(初始增量步)可設為0.001s，Minimum(最小增量步)可設為1E-006s，Maximum(最大增量步)可設為0.2s。Max.allowabletemperature change per increment(每增量步最大允許的溫度變化)要考慮不能允許模擬過程中溫度變化過快，過快的溫度變化會造成誤差，并影響后續(xù)應力場計算時的精度和收斂性，此處可設為材料從室溫到熔點的溫度跨度(1500K)。其他保持默認設置，單擊 OK 按鈕完成此焊接分析步的設定。

 

3) 采用相同的方法再創(chuàng)建一個散熱分析步，并命名為Cooling。這個分析步需要長一點的時間，以保證工件能夠冷卻到接近室溫，這里可設為600s。由于散熱分析步溫度變化沒有焊接分析步那么劇烈，因此增量步的設置不用像焊接分析步那樣嚴格，可參照圖 4-10 進行設置。

 

 

圖 4-9焊接分析步 Incrementation 選項卡的設置

 

 

圖4-10散熱分析步Incrementation 選項卡的設置

 

4)接下來進行輸出變量的設置，Abaqus為每個計算設置了默認的輸出，用戶可根據(jù)自己的需要進行修改。為方便起見,在本例中只需要輸出節(jié)點溫度(nodaltemperature，NT)即可。在工具欄中單擊國按鈕，打開LoadManager(管理器)對話框，單擊 Edit 按鈕，打開Edit Field Output Request(編輯輸出場變量)對話框，修改默認輸出為 NT，如圖 4-11所示，完成后單擊 OK 按鈕。

 

 

圖4-11 場變量輸出設置

 

5.定義相互接觸

1)在 Module 下拉列表中選擇Interaction選項，進入Interaction 模塊，定義相互接觸。在本例中，需要定義構件表面向外界的輻射值。

 

2) 在菜單欄中選擇 Create-Interaction命令，或者在工具箱中單擊量按鈕打開 Create Interaction 對話框，選擇 Surface radiation 選項，單擊 Continue 按鈕。

 

3) 在提示區(qū)選擇輻射面，在圖形界面區(qū)選取構件所有外圍表面作為輻射面并單擊 Done 按鈕，打開 Edit Interaction 對話框。在 Emissivity 文本框中輸入“0.7”作為平均發(fā)射率，并將Ambient temperature(環(huán)境溫度)設為293，如圖4-12所示，然后單擊 OK 按鈕完成設置。

 

 

圖4-12 表面輻射設置

 

4)在計算表面輻射時，需要設置絕對零度與Stefan-Boltzmann 常數(shù)。在菜單欄中選擇 Model→Edit Attributes→Model-1(編輯模型屬性)命令，打開 Edit ModelAttributes 對話框，勾選 Absolute zero temperature(絕對零度)復選框，并輸入“0”勾選 Stefan-Boltzmann constant(Stefan-Boltzmann 常數(shù))復選框,并輸入“5.67E-011”如圖 4-13 所示，單擊 OK 按鈕完成設置。

 

 

圖4-13 Stefan-Boltzmann 常數(shù)的設置

 

6.定義載荷

1)在 Module 下拉列表中選擇 Load 選項，進入 Load 模塊，施加載荷。

 

2)在菜單欄中選擇 Load→Create 命令，或者在工具箱中單擊山按鈕，打開Create Load 對話框，為 Welding 分析步選擇載荷類型為 Surface heat flux(表面熱流輸入，適用于平面熱源:如果是體熱源,如雙橢球形體熱源，則應選擇 Body heatflux)，單擊 Continue 按鈕。

 

4) 在提示區(qū)選擇熱源施加區(qū)域。如果是平面熱源，則選擇模型的上表面;如果是體熱源，則選擇三維模型整體。單擊Done按鈕，打開EditLoad 對話框，在Distribution(分布)下拉列表中選擇 User-defined(用戶自定義熱流分布),Magnitude(幅值)文本框無須輸入(由于熱流幅值的大小會根據(jù)自定義子程序進行定義，因此此值并無實際意義)。焊接分析步載荷設置完成后，Abagus會默認載荷持續(xù)到后續(xù)的分析步，此時需移除散熱分析步的熱源載荷。在工具欄中單擊要按鈕，在打開的 Load Manager 對話框中單擊Cooling下的 Propagated(延續(xù))，然后單擊Deactivated(移除)按鈕，移除散熱分析步的熱源載荷，如圖4-14所示。

 

4)定義初始溫度。因為選擇K作為溫度單位，此時如果不對初始溫度進行設置，則程序會自動以0K作為初始溫度進行計算。在菜單欄中選擇PredefinedField→Create(預定義場變量)命令，或者在工具箱中單擊按鈕，打開CreatePredefined Field 對話框，依次選擇分析步為Initial，種類為Other，類型為

 

Temperature，然后單擊Continue 按鈕。在提示區(qū)選擇整個工件作為施加初始溫度的區(qū)域，并在隨后打開的 Magnitude 對話框中輸入“293”作為初始溫度。完成后單擊 OK 按鈕退出初始場變量設置。

 

 

圖 4-14移除散熱分析步的熱源載荷

 

7.劃分網格

1)在 Module 下拉列表中選擇 Mesh 選項，進入 Mesh 模塊。在菜單欄中選擇Seed(種子)→Imstance 命令，或者在工具箱中單擊…按鈕，打開 Global Seeds(全種子)對話框，在 Approximate global size 文本框中輸入“2”作為整體網格尺寸，然后單擊 OK 按鈕完成網格大小設置。

 

2) 在菜單欄中選擇 Mesh-Instance 命令，或者在工具箱中單擊圈按鈕，完成網格剖分。

 

3)在工具箱中單擊〓按鈕，打開 Element Type 對話框，選擇單元類型為線性8節(jié)點熱傳導單元 DC3D8，如圖4-15 所示，然后單擊OK按鈕完成設置。

 

 

圖4-15 單元類型選擇

 

8.編寫分布熱流子程序 DFLUX

通過自定義子程序 DFLUX 寫出熱流密度 q(r)與焊接時刻、空間位置之間的關系，即q與r之間的關系【式(4-2)]。通過式(4-2)可以看出，r為高斯熱源作用面上任意一點與熱流中心之間的距離。設有效加熱半徑R=5mm，則 DFLUX子程序可按如下編寫。

 

 

 

打開任意文本編輯器(如記事本、Gvim 等)，按照 FORTRAN 語言書寫規(guī)范輸入上述程序，然后保存到Abagus工作目錄，并命名為dflux.for。

 

9.建立任務并提交計算

1)在Module下拉列表中選擇Job選項，進入Job 模塊，在菜單欄中選擇Job→Create 命令，或者在工具箱中單擊星按鈕，打開Create Job 對話框，將其命名為 Thermal，然后單擊 Continue 按鈕，打開 Edit Job 對話框，在 General 任務頁面的 User subroutine fle中指定上述子程序文件 dfux.for。

 

至此模型的前處理工作進行完畢,可從Abaqus/CAE 菜單欄中選擇File→Saveas 命令保存此.cae 文件。

 

Abaqus 可以用兩種方式對模型提交計算:一是以前臺方式提交，其優(yōu)點是可以比較直觀地察看迭代過程、錯誤及警告信息等，但占用內存較大;二是以后臺命令行方式提交，此種方法能比較靈活地應用命令行指令，也比較節(jié)省內存。

 

2）以前臺方式提交計算。在菜單欄中選擇Job→Manager命令，或者在工具欄中單擊黑按鈕，打開Job Manager 對話框，單擊Write input(寫輸入文件)按鈕可輸出.inp 文件 thermal.inp到Abaqus 工作目錄，單擊 Submit(提交)按鈕可提交任務開始計算，單擊 Monitor 按鈕可觀察分析的進程。分析結束后，單擊 Results按鈕，對結果進行可視化。

 

3) 以后臺命令行方式提交計算。在 Windows操作系統(tǒng)中選擇“開始”→“所有程序”→Abaqus xxx→Abaqus Command 命令，從命令行窗口進入工作目錄，輸入“abaqus job=thermaluser=dflux int”提交計算。

 

計算完成后，在命令行窗口輸入“abaqus viewer odb=thermal”查看可視化結果。

 

10.可視化結果

在計算完成后，會在工作目錄中產生一個Thermal.odb 文件，即為結果數(shù)據(jù)庫文件?？稍?Abaqus/CAE 中打開該文件，方法如下。1)在 Module 下拉列表中選擇 Visualization 選項，進入 Visualization 模塊。在工具箱中單擊廠按鈕，顯示計算結果云圖。

 

2) 在菜單欄中選擇 Result-Field Output(場變量輸出)命令,打開 Field Output對話框，選擇NT11(即節(jié)點溫度)可以顯示溫度場分布。單擊工具欄中的m"叫按鈕，可以顯示不同分析步、不同時刻的溫度場結果。

 

3) 鏡像對稱操作。因為模型的整體對稱關系，在計算時只計算了一半，可通過鏡像對稱功能完成鏡像模型的結果顯示。在工具箱中單擊“按鈕，打開ODB Display Options(結果顯示選項)對話框，單擊Mirror/Pattern(鏡像/樣式)選項卡，觀察模型對稱性，勾選xz平面作為鏡像對稱面，單擊OK按鈕完成設置。典型溫度場結果如圖4-16所示。

 

4) 繪制各點的溫度歷史曲線，在菜單欄中選擇Tools→XYData→Create 命令或者在工具箱中單擊圖按鈕，打開 Create XYData 對話框，勾選 ODB feld output單選按鈕，即通過輸出場變量來繪制xy曲線。然后單擊Continue 按鈕，打開XYData from ODB Field Output 對話框(圖4-17)，選擇 Variables(變量)選項卡，在Position(位置)下拉列表中選擇Unique Nodal(單個節(jié)點)。然后選取 NT11 為輸出變量。選擇Elements/Nodes選項卡，單擊EditSelection(編輯選擇)按鈕，然后在圖形界面區(qū)中按住 Shif鍵，依次選取關心的節(jié)點，如圖4-18所示，最后單擊 Plot 按鈕繪制xy 曲線。

 

 

圖4-16 焊接過程中的溫度場云圖

 

 

圖 4-17溫度場xy曲線的繪制

 

 

圖4-18 節(jié)點的定義

 

各點的溫度歷史曲線如圖 4-19 所示

 

圖4-19 各點的溫度歷史曲線

 

（內容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

 

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