在建模以前要先確定固有應(yīng)變加載區(qū)域(2axh')，以及縱向固有應(yīng)變和橫向固有應(yīng)變(s、8”)，為后續(xù)計(jì)算提供數(shù)據(jù)。

1.計(jì)算相關(guān)參數(shù)

2.創(chuàng)建并剖分幾何體

1)啟動(dòng) Abaqus/CAE，在打開的Start Session對(duì)話框中選擇Create ModelDatabase→With Standard/Explicit Model 選項(xiàng)，啟動(dòng)通用分析模塊。

2)在 Module 下拉列表中選擇Part 選項(xiàng)，進(jìn)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按鈕，打開Create Part 對(duì)話框。

4)將部件命名為Plate，選擇三維、可變形體和通過截面拉伸獲得三維實(shí)體模型。

5)在 Approximate size 文本框中輸入“800”，單擊 Continue 按鈕，出現(xiàn)草圖繪制界面，并顯示柵格。

6)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(200,200)作為矩形截面的兩個(gè)對(duì)角點(diǎn)，此為三維體的二維矩形截面(即上表面)，然后單擊鼠標(biāo)中鍵完成一個(gè) 200mmx200mm 的二維矩形截面的繪制。7)在提示區(qū)單擊 OK按鈕，打開Edit Basic Extrusion 對(duì)話框。在對(duì)話框中輸入“21”作為 Depth的數(shù)值，即三維模型的厚度為21mm，單擊 OK 按鈕生成平板三維的部件。

8)在工具箱中單擊一按鈕，然后在圖形界面區(qū)單擊平板模型的一個(gè)側(cè)面，并選取一條邊作為 Vertical and the right(豎直并且在右邊)，Abaqus/CAE 會(huì)自動(dòng)將此平面旋轉(zhuǎn)至屏幕中心。單擊。按鈕，畫出固有應(yīng)變的矩形區(qū)域(30mmx8.8mm)，如圖 5-12 所示。

圖5-12矩形區(qū)域的剖分

9)再將此剖分面延伸到體，單擊斷按鈕，然后選取剖分面上的3條剖分線作為剖分邊，選取平板縱向的一條邊作為剖分方向，剖分實(shí)體，如圖5-13所示。

圖5-13 三維實(shí)體的剖分

剖分完成后的三維實(shí)體如圖5-14所示，這樣就將固有應(yīng)變區(qū)域分割出來了。

圖5-14 剖分固有應(yīng)變區(qū)域

3.創(chuàng)建各向異性材料屬性

1)在 Module 下拉列表中選擇Property選項(xiàng)，進(jìn)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(duì)話框，將材料命名為 D32。

2) 在Edit Material對(duì)話框中設(shè)置材料的機(jī)械性能，選擇Mechanical→Elasticity→Elastic 命令建立彈性性能，設(shè)置彈性模量為 210000，泊松比為0.3;選擇 Mechanical→Plasticity→Plastic 命令建立塑性性能，設(shè)置真實(shí)應(yīng)力為 320，塑性應(yīng)變?yōu)?0.0，即初始屈服應(yīng)力為 320MPa。

3)右擊模型樹中剛建立的材料 D32，復(fù)制并改名為weld，為設(shè)定焊縫固有應(yīng)變做準(zhǔn)備，如圖 5-15 所示。

圖5-15復(fù)制材料屬性

4)在模型樹中雙擊剛創(chuàng)建的 weld 材料，增加各向異性熱膨脹系數(shù)作為其固有應(yīng)變值。選擇 Mechanical→Expansion命令，在type 下拉列表中選擇 Orthotropic(正交各相異性)選項(xiàng)，觀察模型焊縫走向與哪個(gè)坐標(biāo)軸一致，則此方向?yàn)楹缚p縱向，應(yīng)輸入縱向固有應(yīng)變;反之，焊縫走向與哪個(gè)坐標(biāo)軸垂直，則此方向?yàn)楹缚p橫向，應(yīng)輸入橫向固有應(yīng)變:第三個(gè)方向，即厚度方向，固有應(yīng)變?yōu)榱?。在本例?焊縫走向與y軸平行,與x軸垂直,厚度為z方向,輸入的固有應(yīng)變值如圖 5-16所示，最后單擊 OK按鈕完成設(shè)置。

圖5-16 各向異性熱膨脹系數(shù)的設(shè)定

5) 在菜單欄中選擇Section→Create命令，或者在工具箱中單擊按鈕創(chuàng)建兩個(gè)區(qū)域?qū)傩?分別命名為 Base 和 weld,并分別選取 D32 和 weld 作為區(qū)域材料,最后單擊 OK按鈕完成這兩個(gè)區(qū)域的創(chuàng)建。

6) 在菜單欄中選擇 Assign→Section命令，或者在工具箱中單擊按鈕，即將建立的兩個(gè)區(qū)域的性能賦給相應(yīng)區(qū)域，用鼠標(biāo)指針框選焊縫以外部分，選擇的區(qū)域?qū)?huì)高亮化，單擊Done按鈕完成區(qū)域選擇。然后在打開的EditSectionAssignment 對(duì)話框中的 Section 下拉列表中選擇 Base 截面屬性,并單擊 OK 按鈕賦予此區(qū)域 Base 屬性。使用相同的方法選擇焊縫區(qū)域并賦予其 weld 屬性，部件顏色變綠說明部件已被賦予材料性能。

7) Abaqus 規(guī)定，采用各向異性材料性能的區(qū)域必須要有局部坐標(biāo)，因此需要建立一個(gè)關(guān)于焊縫的局部坐標(biāo)。局部坐標(biāo)的種類依焊縫形狀而定，在本例中，焊縫為平直走向，應(yīng)建立矩形局部坐標(biāo)系。

在工具箱中單擊人按鈕，通過3點(diǎn)建立局部坐標(biāo)，保持坐標(biāo)軸類型為Rectangular(矩形)。然后單擊 Continue 按鈕，這時(shí)需要按提示選擇3 點(diǎn)以完成坐標(biāo)軸設(shè)置。在本例中，此局部坐標(biāo)與整體坐標(biāo)重合即可，可保持默認(rèn)設(shè)置，單擊Create Datum(創(chuàng)建基準(zhǔn))按鈕創(chuàng)建局部坐標(biāo)系即可。8)在工具箱中單擊二按鈕設(shè)置材料方向，在視圖區(qū)選取焊縫區(qū)域并單擊Done 按鈕。然后選擇適用的局部坐標(biāo)，這時(shí)需要在提示區(qū)選擇 Datum CSYS List(基準(zhǔn)坐標(biāo)系列表)，并選擇剛剛建立的局部坐標(biāo)，其他保持默認(rèn)設(shè)置，如圖5-17所示。

圖 5-17設(shè)定各向異性材料方向

5.定義分析步

在固有應(yīng)變法分析中，得不到焊接中間結(jié)果，所以并沒有焊接時(shí)間的概念。在 Module 下拉列表中選擇 Step選項(xiàng)，進(jìn)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(duì)話框，命名分析步為 Welding，選擇分析步類型為Static，general。然后單擊Continue 按鈕，打開 Edit Step 對(duì)話框，在 Time period 文本框中設(shè)置持續(xù)時(shí)間為1s，其他保持默認(rèn)設(shè)置即可。

6.劃分網(wǎng)格

應(yīng)用固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)焊接變形的優(yōu)勢(shì)之一就是無須很細(xì)的網(wǎng)格劃分，在本例中，網(wǎng)格尺寸取5mm。網(wǎng)格類型選8節(jié)點(diǎn)縮減積分三維連續(xù)單元C3D8R。劃分的網(wǎng)格如圖 5-18 所示。

圖 5-18網(wǎng)格劃分圖

7.設(shè)定力學(xué)邊界條件

1)本例屬于自由狀態(tài)下焊接，無須施加邊界約束，但為保證不發(fā)生剛體位移，還需要增加一個(gè)固定點(diǎn)的約束，可取焊縫底面中點(diǎn)，采用全約束方式。

3) 在 Module 下拉列表中選擇 Load 選項(xiàng)，進(jìn)入Load 模塊，在工具箱中單擊按鈕，打開 Create Boundary Condition 對(duì)話框，選擇約束類型為SymmetryAntisymmetry/Encastre，然后單擊 Continue 按鈕，在視圖區(qū)選取平板底面中心一節(jié)點(diǎn)，并單擊 Done 按鈕。

3)在工具箱中單擊〖按鈕創(chuàng)建預(yù)定義場(chǎng)，可設(shè)定溫度載荷，即通過降溫法來間接實(shí)現(xiàn)焊縫區(qū)域的固有應(yīng)變收縮。在打開的CreatePredefined Field 對(duì)話框中選擇 Setp-1 為預(yù)定義場(chǎng)的開始步，選擇整體構(gòu)件為預(yù)定義場(chǎng)的區(qū)域，勾選ther單選按鈕，在Types for Selected Step列表框中選擇Temperature，如圖 5-19 所示。然后單擊 Continue 按鈕，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。

圖5-19 溫度載荷的設(shè)定

8.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→Create 命令，打開 Create Job 對(duì)話框，將其命名為Inherent，然后單擊 Continue 按鈕，打開 Edit Job對(duì)話框，接受所有默認(rèn)選擇。

2) 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。

9.可視化結(jié)果

計(jì)算完成后，會(huì)在工作目錄中產(chǎn)生一個(gè)Inherent.odb 文件，即為結(jié)果文件。可在 Abaqus/CAE 中打開該文件，方法如下。

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 命令，顯示云圖，通過菜單欄中的 Result-Field Output 命令,選擇S可顯示 Mises 應(yīng)力分布,選擇U可顯示變形分布,如圖 5-20和圖 5-21 所示。

圖5-20焊后應(yīng)力分布

圖5-21 焊后板材厚度方向的變形分布(放大10倍)

從本例而言，采用固有應(yīng)變法的模擬時(shí)間約為采用熱彈塑性法的模擬時(shí)間的1/200。模型越大，則節(jié)約的計(jì)算成本越多。從模擬結(jié)果來看，由于采用了平均化的方法施加固有應(yīng)變，因此采用固有應(yīng)變法得到的焊后殘余應(yīng)力在焊縫兩端區(qū)域與熱彈塑性法相比還不夠精確，但分布狀態(tài)比較符合規(guī)律。從焊后變形結(jié)果來看，模擬結(jié)果與實(shí)際比較吻合，完全可以滿足一般工程上的應(yīng)用要求。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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