3.設(shè)定力學(xué)邊界條件

在進(jìn)行焊接應(yīng)力場(chǎng)模擬的過程中，要設(shè)定足夠的約束才能保證模擬計(jì)算的順利進(jìn)行。在本例中，假定構(gòu)件在焊接及隨后冷卻到室溫的過程中，均處于夾具夾持狀態(tài)，在 Abaqus/CAE 中邊界條件設(shè)置過程如下。

 

在 Module 下拉列表中選擇 Load 選項(xiàng),進(jìn)入Load 模塊,在工具箱中單擊咖按鈕，打開 Create Boundary Condition 對(duì)話框，選擇邊界條件的創(chuàng)建步為 Welding,并選擇約束類型為 Symmetry/Antisymmetry/Encastre(對(duì)稱/反對(duì)稱/固定)，然后單擊 Continue 按鈕，如圖 4-25 所示。

 

 

圖4-25 創(chuàng)建邊界條件

 

采用相同的方法建立第二個(gè)對(duì)稱約束邊界條件。在圖形界面區(qū)選擇此邊界條件要施加的區(qū)域，本例中在試板邊緣處用鼠標(biāo)指針選取部分節(jié)點(diǎn)，以模擬夾具夾持狀態(tài)，通過單擊 Done 按鈕完成選定，并在隨后打開的Edit Boundary Condition對(duì)話框內(nèi)選擇 ENCASTRE(全約束方式)，完成第一個(gè)邊界條件BC-1的設(shè)定由于本模型的對(duì)稱性，只建立了一半平板模型，因此在對(duì)稱面上要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)稱約束形式。由于所建立的模型是關(guān)于xz平面對(duì)稱的，因此選擇YSYMM(y軸對(duì)稱約束)，完成第二個(gè)邊界條件 BC-2的設(shè)定。

 

最后，為保證在夾具移除時(shí)不發(fā)生剛體位移，需要在夾具移除步增加一個(gè)固定點(diǎn)的約束，可取焊縫底面中點(diǎn)，選擇ENCASTRE(全約束方式)，完成第三個(gè)邊界條件 BC-3 的設(shè)定。

其中，第一個(gè)邊界條件的作用時(shí)域?yàn)楹附臃治霾?，第二個(gè)邊界條件的作用時(shí)域?yàn)樗杏?jì)算過程，第三個(gè)邊界條件的作用時(shí)域?yàn)閵A具移除步，設(shè)置如圖 4-26所示。

 

 

圖4-26 邊界條件的創(chuàng)建

 

設(shè)置完成后的模型如圖 4-27 所示。

 

 

圖4-27 邊界條件示意圖

 

下面需要通過創(chuàng)建預(yù)定義場(chǎng)的方式引入溫度歷史，在工具欄中單擊按鈕，在打開的 Predefined Field Manager 對(duì)話框中單擊 Edit 按鈕，對(duì)原有的關(guān)于初始溫度的設(shè)定進(jìn)行修改，如圖 4-28所示。

 

 

圖 4-28初始場(chǎng)設(shè)置

 

單擊 Edit 按鈕,打開 Edit Predefined Field 對(duì)話框,如圖 4-29 所示。在 Distribution下拉列表中選擇From results or output database file選項(xiàng)，然后單擊二按鈕，選取熱分析時(shí)的結(jié)果文件 thermal.odb。對(duì)于初始步，設(shè)置 Begin Step(起始分析步)為1，Begin Increment(起始增量步)為1，即從溫度場(chǎng)結(jié)果文件中的第一分析步的第一增量步開始讀入，單擊OK按鈕完成設(shè)置。對(duì)于焊接步，設(shè)置Begin step為1，Begin increment為1，End step(結(jié)束分析步)為2，即從溫度場(chǎng)結(jié)果文件中的第一分析步的第一增量步開始讀入，直到第二分析步的最后一個(gè)增量步，單擊 OK 按鈕完成設(shè)置。

 

 

a)初始步

 

 

b)焊接步

 

4.改變單元類型

需要將原有的用于溫度場(chǎng)分析的單元類型改為適用應(yīng)力場(chǎng)分析的單元類型并保持單元形狀不變。原有熱分析單元類型為DC3D8，應(yīng)相應(yīng)修改為C3D8R以保證不出現(xiàn)剪切自鎖現(xiàn)象。

在 Module 下拉列表中選擇 Mesh 選項(xiàng)，進(jìn)入 Mesh 模塊，在工具箱中單擊瞄按鈕，打開 Element Type 對(duì)話框，更改單元類型為 C3D8R，如圖 4-30所示，然后單擊 OK 按鈕完成設(shè)置。

 

5.提交計(jì)算

1)在 Module 下拉列表中選擇 Job 選項(xiàng)，進(jìn)入 Job 模塊，在菜單欄中選擇 Job一Create 命令，打開 Create Job 對(duì)話框，將其命名為 Mechanical。然后單擊 Continue按鈕，打開 Edit Job 對(duì)話框，接受所有默認(rèn)選擇。

 

 

圖4-30 更改單元類型

 

2) 至此應(yīng)力場(chǎng)模型已經(jīng)建立完畢，可從Abagus/CAE菜單欄中選擇File一Save as(另存為)命令保存此.cae 文件。

 

計(jì)算過程同溫度場(chǎng)分析過程:在菜單欄中選擇Job→Manager命令，打開JobManager 對(duì)話框，單擊 Write input 按鈕可輸出.inp 文件，單擊 Submit 按鈕可提交任務(wù)開始計(jì)算，單擊 Monitor 按鈕可觀察分析的進(jìn)程。

 

3) 分析結(jié)束后，單擊 Results 按鈕，對(duì)結(jié)果進(jìn)行可視化。

 

也可通過命令行方式提交計(jì)算，如

abaqus job=mechanical int

 

提示：

上述為在 Abaqus/CAE 環(huán)境下進(jìn)行焊接應(yīng)力場(chǎng)分析的步驟，過程略顯煩瑣。一個(gè)更簡單的辦法是通過修改.inp 文件來完成應(yīng)力場(chǎng)分析的建立與提交，但要對(duì).inp 文件的語法格式等有一定的了解。

 

6.焊接應(yīng)力場(chǎng)分析后處理

計(jì)算完成后，打開 Mechanical.odb 文件。

1)在工具欄中單擊。按鈕，顯示結(jié)構(gòu)變形結(jié)果。

2)在菜單欄中選擇 Plot→Contours(繪制云圖)命令，顯示云圖，選擇菜單欄中的 Result→Field Output命令，選擇U(節(jié)點(diǎn)位移)可以觀察變形情況。在本例中，平板焊接完成后的變形主要體現(xiàn)在板材的厚度方向上，可選擇 U3進(jìn)行觀察圖 4-31 所示為變形放大5倍后的結(jié)果。

 

 

圖 4-31 厚度方向變形圖(放大5倍)

 

選擇 S11，可顯示x方向的應(yīng)力分布，即縱向殘余應(yīng)力分布情況，如圖4-32所示。

選擇 S22，可顯示y方向的應(yīng)力分布，即橫向殘余應(yīng)力分布情況，如圖4-33所示。

 

 

圖 4-32 焊縫縱向殘余應(yīng)力分布云圖

 

 

圖 4-33 焊縫橫向殘余應(yīng)力分布云圖

 

同樣地，可根據(jù)需要繪制縱向應(yīng)力與橫向應(yīng)力的xy曲線圖。在菜單欄中選擇Tools→Path(路徑)一Create 命令,打開 Create Path 對(duì)話框,如圖 4-34 所示,設(shè)置路徑名稱為 Path-1，勾選 Node list單選按鈕，然后單擊 Continue 按鈕。

 

在繪圖區(qū)試板模型中部選擇若干垂直于焊縫的節(jié)點(diǎn)組成路徑 Path-1，如圖 4-35 所示。

 

 

圖4-34創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)路徑

 

 

 

圖4-35 節(jié)點(diǎn)路徑的選取

 

然后繪制縱向殘余應(yīng)力沿路徑 Path-1的曲線，在工具箱中單擊圈按鈕，打開Create XY Data 對(duì)話框，如圖 4-36 所示。勾選 Path單選按鈕，打開 XY Data fromPath 對(duì)話框，單擊 Step/Frame(分析步/幀)按鈕，僅激活 Release 步(最后一步)的最后一幀結(jié)果，并確保變量輸出為 S11應(yīng)力，如圖4-37所示。單擊 Plot 按鈕，輸出縱向殘余應(yīng)力分布圖，如圖4-38所示。

 

 

圖4-36 創(chuàng)建x路徑曲線

 

圖 4-37 路徑曲線設(shè)置

 

 

距離焊縫中心線的距離/mm

圖4-38 縱向殘余應(yīng)力分布圖

 

用同樣的方法繪制橫向殘余應(yīng)力分布圖，如圖4-39 所示。

 

 

距離焊接起點(diǎn)的距離/mm

圖 4-39 橫向殘余應(yīng)力分布圖

 

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

 

版權(quán)與免責(zé)聲明：

凡未注明作者、來源的內(nèi)容均為轉(zhuǎn)載稿，如出現(xiàn)版權(quán)問題，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們處理。我們對(duì)頁面中展示內(nèi)容的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和合法性均不承擔(dān)任何法律責(zé)任。如內(nèi)容信息對(duì)您產(chǎn)生影響，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們修改或刪除。