6.施加邊界條件

通過對攪拌頭參考點(diǎn)施加邊界條件來控制其下壓及旋轉(zhuǎn)，具體操作方法可參考前面章節(jié)及 Abaqus 手冊，這里不再贅述。

對焊板施加邊界條件時(shí)，需格外注意。因其已被定義為自適應(yīng)區(qū)域，因此不能對其施加常規(guī)的約束與邊界條件。

由于在進(jìn)行自適應(yīng)區(qū)域指定時(shí)，已指定工件整體為自適應(yīng)區(qū)域，因此工件表面均為默認(rèn)的滑移面。如果需要對材料的流動進(jìn)行設(shè)定，以模擬焊接時(shí)工件與攪拌頭的相對運(yùn)動，則需要指定左右端面為歐拉面，如圖6-20所示。

對于歐拉面的指定，不支持在Abaqus/CAE 視圖區(qū)操作，需要在.inp 文件中完成相關(guān)設(shè)定。首先，在菜單欄中選擇Tool-Surface→Create 命令創(chuàng)建表面，選擇焊板左右端面分別創(chuàng)建入口面(inflow)與出口面(outflow)，然后將.inp文件導(dǎo)出。由 Abaqus/CAE 導(dǎo)出.inp 文件的方法是在 Module 下拉菜單中選擇 Job 選項(xiàng)，進(jìn)入 Job模塊，單擊里按鈕，創(chuàng)建并命名一個(gè)作業(yè)，如命名為fsw，再在工具欄中單擊圍按鈕，在打開的JobManager 對話框中單擊Writeinput 按鈕，輸出fsw.inp，其可用文本編輯器打開并編輯。

在.imp 文件中添加對下底面(滑移面)的約束，約束其在厚度方向上的位移，如：

找到對入口及出口歐拉面創(chuàng)建的相應(yīng)位置，在*Surface關(guān)鍵字行增加regiontype=Eulerian參數(shù)，創(chuàng)建歐拉面，如：

創(chuàng)建歐拉面后，在相應(yīng)的分步里必須對歐拉面的網(wǎng)格進(jìn)行法向網(wǎng)格約束，施加網(wǎng)格約束形式，如：

通過指定歐拉面入口速度模擬焊接的相對運(yùn)動，如：

7.模擬結(jié)果

典型溫度場分布如圖 6-26 所示。

圖6-26 焊接5s時(shí)的溫度場云圖

由溫度場云圖可以看出，攪拌摩擦焊焊接過程中工件高溫區(qū)域出現(xiàn)在攪拌孔及其周圍，5s時(shí)最高溫度達(dá)到其熔點(diǎn)的85%。溫度場分布并非呈現(xiàn)對稱形態(tài)，攪拌頭前方溫度要小于后方，但溫度變化梯度較后方大。從A-A截面溫度分布可以明顯地看出，前進(jìn)側(cè)(AS)與后退側(cè)(RS)的溫度差異，前進(jìn)側(cè)溫度要略高于后退側(cè)。

攪拌摩擦焊焊接過程伴隨著攪拌區(qū)域劇烈的塑性變形，焊接10s時(shí)的等效塑性應(yīng)變云圖如圖 6-27 所示。

圖6-27 焊接10s時(shí)的等效塑性應(yīng)變云圖

由等效塑性應(yīng)變云圖可以看出，攪拌區(qū)域均產(chǎn)生了較為明顯的塑性變形，且前進(jìn)側(cè)的塑性變形明顯高于后退側(cè)，這是由攪拌摩擦焊焊接過程中，攪拌頭帶動材料旋轉(zhuǎn)，致使前進(jìn)側(cè)與后退側(cè)材料流動方向不同所致。

通過定義追蹤粒子，可以方便地對攪拌摩擦焊焊接過程中材料的流動方向進(jìn)行觀測[62,63]。追蹤粒子的設(shè)置并不支持在 Abaqus/CAE 視圖區(qū)操作。在.inp 文件中通過輸入如下命令可設(shè)定追蹤粒子：

圖 6-28給出了不同時(shí)刻追蹤粒子的位置。

圖6-28不同時(shí)刻追蹤粒子所處位置

通過追蹤粒子的觀測，可以清楚地觀察到材料質(zhì)點(diǎn)的流動及繞行軌跡，為攪拌摩擦焊研究提供了直觀的借鑒。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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