6.2.1 問題描述

上、下兩塊不銹鋼薄板點焊,上板材料為 SUS301-DLT,尺寸為 40mmx40mmx0.8mm，下板材料為 EN1.4318,尺寸為 40mmx40mmx1.5mm，圓柱形銅合金電極,如圖 6-2 所示。

圖6-2 不銹鋼點焊示意圖

整個焊接過程包括預壓、通電焊接、斷電保持和電極移除4個階段。下電極下端面將電壓約束為零，上電極上端面施加等效電流為 6500A，電極壓力為4500kN,下電極下端面的位移約束為零。電極壓力載荷及電載荷的加載在不同階段有所不同如圖 6-3 所示。另外,模擬過程中需要考慮電極的水冷,換熱系數取 3800W/(m'·K)。

圖6-3 點焊工藝加載歷程示意圖

6.2.2 問題分析

電阻點焊過程是一個典型的熱-力-電三物理場耦合問題，可采用熱-力-電直接耦合的方式進行分析計算。雖然模型整體上是軸對稱模型，但由于Abaqus目前僅支持三維的熱-力-電耦合單元，因此，在本例中仍采用三維有限元建模。鑒于模型的對稱性，僅建立1/4 模型即可。

點焊問題模擬的難點還在于相互接觸關系的設定。電極與工件之間、工件與工件之間都存在著復雜的相互接觸關系，既包括力的接觸關系，又包括熱的接觸關系，還包括電的接觸關系，因此在設定時需特別注意。Abaqus 軟件中相關的接觸關系屬性如圖 6-4 所示。

圖6-4 點焊接觸關系屬性

需要特別注意的是，點焊問題屬于多物理場耦合計算，需要激活3個物理場在選擇單位體制時，一定要保證所選單位的自治性。另外，要避免物理場間方程產生很高的階數差異，這樣會帶來數值病態(tài)方程，影響解的精確性。例如，在熱力-電三場耦合計算中，選用MPa作為應力單位，可避免上述問題。綜合考慮自洽性建議選用mm-t-s單位，詳見3.3節(jié)。

（內容、圖片來源：《焊接過程數值模擬》一書，侵刪）

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