采用間接耦合的方式計(jì)算焊接應(yīng)力場，即利用前面溫度場計(jì)算結(jié)果作為溫度載荷加入原有有限元模型中，通過施加其他力學(xué)邊界條件，得到溫度變化后模型的應(yīng)力、應(yīng)變及變形的分布。

由此可見，先前計(jì)算得到的thermal.odb 文件相當(dāng)于記錄了模型中各節(jié)點(diǎn)的溫度歷史，因此在進(jìn)行后續(xù)應(yīng)力場分析時(shí)，模型的節(jié)點(diǎn)編號(hào)不能改變，也不能重新劃分網(wǎng)格或增加新的節(jié)點(diǎn)。

為保證模型的一致性,一個(gè)簡單的方法就是在溫度場分析模型的Abaqus/CAE菜單欄內(nèi)選擇 Model→Copy Model(模型拷貝)命令生成一個(gè)一模一樣的新模型并重新命名，如命名為Mechanical。下面需要對(duì)這個(gè)新模型進(jìn)行適當(dāng)修改補(bǔ)充以適應(yīng)應(yīng)力場分析的要求。修改補(bǔ)充的內(nèi)容包括增加材料力學(xué)屬性、改變分析步類型、設(shè)定力學(xué)邊界條件、改變單元類型等。

1.增加材料力學(xué)屬性

此部分內(nèi)容主要是增加材料的彈性、塑性、熱膨脹系數(shù)等材料力學(xué)屬性，為進(jìn)行應(yīng)力場分析做準(zhǔn)備。由于在4.4.3節(jié)的2.中已做了相關(guān)介紹，這里不再贅述。在 Edit Material 對(duì)話框中，選擇 Mechanical-Elasticity(彈性)→Elastic 命令建立彈性性能，選擇Mechanical→Plasticity→Plastic(塑性)命令建立塑性性能，選擇 Mechanical→Expansion(熱膨賬)命令輸入熱膨脹系數(shù)，相關(guān)性能見表4-2.

表 4-2 SUS301L-HT 不銹鋼的機(jī)械性能參數(shù)

值得注意的是，對(duì)于普通的鋼鐵材料,其物理熔點(diǎn)在1800K左右,而在1100K以上時(shí)，其承載能力基本上會(huì)大幅下降，也即達(dá)到所謂的“力學(xué)熔點(diǎn)”。在進(jìn)行焊接模擬過程中，常將這部分高溫彈塑性性能舍去，以減小計(jì)算過程中的材料非線性行為，達(dá)到提高計(jì)算效率的目的，同時(shí)高溫彈塑性并不會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

另外，在塑性數(shù)據(jù)的輸入過程中，不僅要輸入相應(yīng)溫度的屈服應(yīng)力(即塑性應(yīng)變?yōu)?的應(yīng)力)，還要輸入相應(yīng)的“硬化”數(shù)據(jù)，包括屈服應(yīng)力、塑性應(yīng)變及相應(yīng)溫度，相關(guān)設(shè)置如圖 4-20 所示。

2.改變分析步類型

將原有的熱分析步刪除，再建立兩個(gè)通用分析步,一個(gè)分析步用于模擬構(gòu)件在夾持狀態(tài)下的焊接過程及冷卻過程，另一個(gè)分析步用于模擬焊接完成后去除夾具夾持的過程。

在 Abaqus/CAE 中的操作過程如下:在Module 下拉列表中選擇Step選項(xiàng)，進(jìn)入Step 模塊，在工具欄中單擊國按鈕，打開Load Manager 對(duì)話框，刪除原有的兩個(gè)熱分析步。

單擊 Create 按鈕，打開 Create Step 對(duì)話框，建立一個(gè)靜力分析步，并命名為Welding,選擇分析步類型為Static(靜態(tài))，General，如圖4-21所示。然后單擊 Continue 按鈕，打開 Edit Step 對(duì)話框，對(duì)此分析步進(jìn)行必要的設(shè)置，如圖 4-22 所示。

圖 4-20塑性性能的設(shè)置

General，如圖4-21所示。然后單擊 Continue 按鈕，打開 Edit Step 對(duì)話框，對(duì)此分析步進(jìn)行必要的設(shè)置，如圖 4-22 所示。

注意：此分析步的總時(shí)長應(yīng)為原有焊接溫度場分析中的焊接分析步時(shí)長與散熱分析步時(shí)長的總和。在本例中應(yīng)為48s+600s=648s。

圖4-21 建立通用分析步

圖 4-22 分析步設(shè)置

由于焊接過程中要產(chǎn)生較大的變形量，應(yīng)力場分析的收斂難度要遠(yuǎn)大于溫度場分析，因此必須選擇Nlgeom(幾何非線性)為n。如果還不能保證計(jì)算的收斂，可考慮選擇 Automatic stabilization(自動(dòng)穩(wěn)定性)并設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，如圖4-22所示。

選擇Incrementation 選項(xiàng)卡,設(shè)置Maximum number ofincrements為10000,Initial為0.001s，Minimum為1E-6s，Maximum為10s，以保證計(jì)算效率，如圖 4-23所示，然后單擊 OK按鈕完成分析步設(shè)置。

圖4-23 增量步設(shè)置

采用同樣的方法，建立另一個(gè)靜力分析步，用于模擬夾具移除過程，可命名為 Release，此分析步時(shí)長可設(shè)為1s，并無實(shí)際物理意義，增量步設(shè)置同上。下面設(shè)定應(yīng)力場分析下的場變量輸出，在工具欄中單擊里按鈕，打開LoadManager 對(duì)話框，單擊 Edit 按鈕，打開 Edit Field Output Request 對(duì)話框，修改默認(rèn)場變量輸出為 LE、PE、S、U，即真應(yīng)變、塑性應(yīng)變、應(yīng)力與節(jié)點(diǎn)位移這幾個(gè)焊接應(yīng)力分析中常用到的變量。為減小結(jié)果文件體積，還可將默認(rèn)輸出間隔1改為 20，如圖 4-24所示，完成后單擊OK按鈕退出場變量設(shè)置。

在工具欄中單擊黑按鈕，打開History Output Request Manager(歷史變量輸出管理)對(duì)話框，刪除對(duì)歷史變量的輸出。

圖4-24 場變量輸出設(shè)置

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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