1.創(chuàng)建幾何體

首先按尺寸建立兩個部件，其中焊接平板采用可變形體，攪拌針可采用分析剛體。創(chuàng)建的焊接平板與攪拌頭部件如圖6-21所示。

圖6-21 焊接平板與攪拌頭部件

2.設置材料屬

6082-T6 鋁合金的密度取 2700kg/m’，且忽略隨溫度的變化，其他熱物理性能見表 6-7。

表6-76082-T6鋁合金材料的熱物理性能

由于計算過程中材料經(jīng)歷劇烈的動態(tài)變形，采用 Johnson-Cook模型來定義材料的力學響應。Johnson-Cook 模型是一種黏塑性材料模型，考慮了材料的應變、應變率及溫度對材料強度與塑性形變的影響。Johnson-Cook 模型的形式如下：

表6-8 6082-T6 鋁合金 Johnson-Cook 模型參數(shù)

3.網(wǎng)格劃分與組裝

將材料屬性賦予部件后進行網(wǎng)格的劃分，由于本例屬于大變形過程，攪拌及鄰近區(qū)域采用較細的網(wǎng)格劃分(約0.2mm)，而平板單元采用較為粗大的網(wǎng)格(約1.5mm)。全部為六面體單元，單元類型采用熱-力耦合單元C3D8RT，組裝兩個部件，如圖 6-22 所示。

4.定義分析步與自適應區(qū)域

分析步類型選擇熱-力耦合顯式動力學分析。這里共建立了3個分析步。第1步為預壓分析步，時長 0.5s，用來模擬攪拌頭壓入工件過程。第2步為攪拌頭開始旋轉并達到工藝轉速，時長0.5s。第3步為焊接步，工件開始運動，開始焊接時長為10s。所有步均需激活Nlgeom(幾何非線性)選項。

在 Edit Step 對話框中選擇 Mass scaling(質(zhì)量放大)選項卡,進入 Mass scaling設置。質(zhì)量放大是顯式動力學計算中常用的加快計算速度的方法。通過在計算過程中放大材料的質(zhì)量，以達到加快計算速度的目的。對于質(zhì)量放大后結果的準確性，一般通過在后處理過程中比較計算全過程的動能與內(nèi)能比來確定。如果在計算全過程中動能只占總內(nèi)能的5%以下,則可認為質(zhì)量放大后對計算結果并無顯著影響，反之則要調(diào)小質(zhì)量放大系數(shù)。在本例中取質(zhì)量放大系數(shù)為1x10，相關設置如圖 6-23 所示。

自適應區(qū)域?qū)⒃诰W(wǎng)格嚴重扭曲時進行網(wǎng)格的重新劃分，在本例中選取整個鋁合金焊板為自適應區(qū)域。在Module下拉列表中選擇Step選項，進入Step 模塊，在菜單欄中依次選取Other→ALE Adaptive Mesh Domain→Edit→Step-1命令，對第一步的自適應區(qū)域進行設置，在打開的EditALEAdaptive Mesh Domain對話框中勾選 Use the ALE adaptive mesh domain below單選按鈕，選擇整個焊板作為自適應區(qū)域，并在Frequency(頻率)文本框中輸入“1”，即每一個增量步進行一次網(wǎng)格自適應計算;在Remeshingsweeps perincrement(每增量步網(wǎng)格重畫掃掠)文本框中輸入“10”，即每增量步進行10次網(wǎng)格重劃，如圖6-24所示。

圖6-23質(zhì)量放大系數(shù)設置

圖6-24自適應區(qū)域及強度設置

另外兩步的參數(shù)設置可參照第一步進行設定，由于可預計網(wǎng)格扭曲程度要比第一步嚴重，可適當增大網(wǎng)格重劃強度，在Remeshingsweepsperincrement 文本框中分別輸入“20”和“30”

5.設定相互接觸關系

為攪拌頭外表面、焊板上表面及中孔表面設置相互接觸關系。在攪拌頭與工件接觸對中設定切向摩擦算法為罰函數(shù)法,摩擦系數(shù)取0.3;法向接觸關系為Hard(相互不可侵入);界面生熱系數(shù)為0.8，即界面上有80%的摩擦功轉化為熱，如圖 6-25 所示。

圖6-25相互接觸關系設定

接下來，需要指定攪拌頭的剛體參考點。在Interaction 模塊中單擊，按鈕，進入?yún)⒖键c設置。選取攪拌頭中心軸線上一點，命名為RP-1，作為其剛體參考點。單擊心按鈕進行約束關系設定。在打開的Create Constraint(創(chuàng)建約束)對話框中，選取約束種類為 Rigidbody(剛體)，并單擊 Continue 按鈕，選取攪拌頭外表面與其參考點 RP-1，完成剛體約束。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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