5.定義相互接觸

1)本例中的相互接觸關(guān)系包括上/下電極-工件接觸(2對)和工件-工件接觸(1對)，因此共需要建立3對接觸關(guān)系。

 

2)首先定義接觸屬性，本例應(yīng)包括兩類接觸屬性，分別為電極-工件接觸屬性和工件-工件接觸屬性。

 

在 Module 下拉列表中選擇 Interaction選項(xiàng)，進(jìn)入Interaction 模塊，在工具欄中單擊口按鈕定義接觸屬性。在打開的Create Interaction 對話框中，將第一個(gè)接觸屬性命名為 Elec-Plate,接觸類別選擇 Contact(接觸),然后單擊 Continue 按鈕。在隨后打開的 Edit ContactProperty(編輯接觸屬性)對話框中分別設(shè)定 Mechanical(力學(xué))接觸屬性、Thermal(熱)接觸屬性及Electrical(電)接觸屬性。

 

參照圖 6-4，力學(xué)接觸屬性主要設(shè)定兩面之間的切向行為與法向行為。在切向行為中可以采用罰函數(shù)法設(shè)定滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.2;在法向行為中應(yīng)設(shè)定為兩接觸面之間不可相互侵入。

熱接觸屬性包括界面間導(dǎo)熱及界面產(chǎn)熱兩大方面。界面間導(dǎo)熱主要設(shè)定兩面之間的傳熱系數(shù)與兩面間隙之間的關(guān)系，默認(rèn)以一個(gè)表的形式輸入，設(shè)定中需勾選溫度相關(guān)性，相關(guān)數(shù)據(jù)見表 6-4。

 

表 6-4 界面間傳熱相關(guān)數(shù)據(jù)

 

 

 

界面產(chǎn)熱主要設(shè)定過程中有多少摩擦能或電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽约坝卸嗌贌崮軙?huì)傳給從面，此處需要輸入一個(gè)比例系數(shù)。在本例中分別設(shè)為1.0和0.5，即在此接觸面有100%的能量轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生的熱能中有50%會(huì)傳給從面。

 

點(diǎn)焊接觸還包括電接觸屬性，這樣電流才能從電極流向工件，并產(chǎn)生焦耳熱界面接觸電阻率見表 6-5。注意，Abaqus 軟件中要求給出的是界面接觸電導(dǎo)率，即接觸電阻率的倒數(shù)。

 

表 6-5 界面接觸電阻率

 

 

設(shè)定完成的接觸屬性如圖 6-9所示

 

 

3) 定義接觸對。本例中共有3個(gè)接觸對需要定義，分別為上電極與上平板、上平板與下平板及下平板與下電極。具體操作如下。

 

在工具箱中單擊口按鈕，在打開的CreateInteraction對話框中選擇Surface-surface contact(面-面接觸)，然后根據(jù)提示選擇接觸對中的主面與從面。一般地在接觸關(guān)系中，把較硬的面適合作為主面，因此在電極與工件接觸對中，應(yīng)選擇電極材料作為主面。在彈出的接觸對選項(xiàng)中，選擇Small sliding(小滑移)作為滑移方式，并選擇相應(yīng)的接觸屬性，最后單擊OK按鈕完成設(shè)置。

 

4)散熱邊界設(shè)定。在工具箱中單擊已按鈕，在打開的CreateInteraction 對話框中選擇 Surface film condition(表面膜條件)，并選擇 Step-2 即焊接步為開始步,如圖 6-10 所示。然后單擊 Continue 按鈕，打開 Edit Interaction 對話框，選取上下電極內(nèi)部表面作為散熱面，指定膜系數(shù)為3.8mW(mmK)，并設(shè)熱沉即冷卻水溫度為 283K，如圖 6-11所示，最后單擊OK按鈕完成設(shè)置。

 

 

圖6-10水冷條件設(shè)置

 

6.定義載荷與邊界條件

1)在 Module 下拉列表中選擇 Load 選項(xiàng)，進(jìn)入Load 模塊，施加載荷和邊界條件。

2)在工具箱中單擊一按鈕創(chuàng)建邊界條件。本例中有兩類邊界條件:力學(xué)邊界條件和電勢邊界條件。力學(xué)邊界條件包括下電極底面的全約束(ENCASTRE)和對稱面上的對稱約束(分別為XSYMM,x軸對稱約束與ZSYMM，z軸對稱約束);電勢邊界條件為下電極底面的電勢要約束為0，這樣電流載荷才會(huì)從上電極流經(jīng)工件，再流過下電極。

 

 

圖6-11散熱條件設(shè)置

 

3)在工具箱中單擊山按鈕創(chuàng)建載荷。同樣，本例中有力學(xué)載荷與電載荷。力學(xué)載荷為上電極表面施加的電極壓力，其作用時(shí)間應(yīng)從預(yù)壓分析步開始到移除步結(jié)束，預(yù)壓力大小計(jì)算如下。

 

電載荷為上電極表面施加的電流密度，其作用時(shí)間應(yīng)從通電焊接步開始，到保持步結(jié)束。

 

7.劃分網(wǎng)格

1)在 Module 下拉列表中選擇Mesh選項(xiàng)，進(jìn)入Mesh 模塊，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了保證計(jì)算精度，采用漸進(jìn)式的劃分方法，在接觸面附近及變化較劇烈的區(qū)域單元尺寸較小(為 0.mm 左右)，而在溫度、應(yīng)力變化較小的地方采用較大的網(wǎng)格劃分。

 

2)在本例中，應(yīng)選擇三維熱-力-電耦合單元O3D8R和O3D6，劃分好網(wǎng)格的模型如圖 6-12 所示。

 

 

圖6-12 型網(wǎng)格劃分圖

 

8.建立任務(wù)并提交計(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 對話框，將其命名為 Spotwelding,然后單擊 Continue按鈕，打開 Edit Job 對話框，保持所有默認(rèn)設(shè)置。

 

2) 在菜單欄中選擇Job→Manager命令，打開JobManager 對話框，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，對結(jié)果進(jìn)行可視化。

 

9.可視化結(jié)果

在計(jì)算完成后，會(huì)在工作目錄中產(chǎn)生一個(gè)Spotwelding.odb 文件，即為結(jié)果文件?？稍?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NT11(即節(jié)點(diǎn)溫度)可以顯示溫度分布。單擊工具欄中的…""叫按鈕，可以顯示不同時(shí)刻的溫度場結(jié)果，典型溫度場結(jié)果如圖6-13所示。

 

 

圖6-13點(diǎn)焊過程中的溫度場

 

可見，工作接觸面間的溫度最高，達(dá)到了材料的熔點(diǎn)，冷卻后形成熔核。而電極及工件非接觸部分則具有較低的溫度。通過輸出不同變量，還可觀測應(yīng)力、應(yīng)變、電流密度的分布情況云圖。焊接完成后的應(yīng)力分布云圖與變形分布云圖如圖 6-14 和圖 6-15 所示。

 

 

 

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

 

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