7.2.1 問題描述

手工堆焊 45 鋼平板(200mmx150mmx10mm)。手弧焊接工藝：焊接電流 200A，電壓18V，焊接速度3mm/s，熱效率取0.8。

7.2.2 問題分析與思路

要模擬相變問題，首先要有焊接溫度場。因此，在本例中，首先要計算焊接瞬態(tài)溫度場，熱源模型可選用雙橢球形體熱源模型。在得到溫度場的同時，借助于UMATHT 子程序，即用戶自定義材料熱行為子程序，將待求各相含量設(shè)為狀態(tài)變量，依據(jù)上述相變微分方程在各增量步內(nèi)對其進行積分計算，在增量步的結(jié)尾對狀態(tài)變量進行更新，最終得到各積分點的相的組成成分。

7.2.3 子程序編制要點

Abaqus 中用戶自定義材料熱行為子程序 UMATHT接口如下：

在本例中，UMATHT子程序主要具有兩方面的功能。一是為保證焊接溫度場的計算順利完成，而對材料熱物性(如熱導(dǎo)率、比熱容等)進行指定;二是完成各狀態(tài)變量，即各相含量的積分運算及狀態(tài)變量的更新。這里主要針對UMATHT子程序第二方面的功能進行描述，其計算流程如圖7-2所示。

UMATHT 子程序首先要進行必要的初始化設(shè)定和參數(shù)的賦值。該子程序的輸入數(shù)據(jù)包括待焊材料化學(xué)成分、原始組織體積分?jǐn)?shù)及初始晶粒尺寸，經(jīng)過子程序的運算輸出任意點、任意時刻P(xyz,t)的奧氏體及其可能的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物--鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體的體積分?jǐn)?shù)。其中，可將奧氏體、鐵素體、珠光體、貝氏體、馬氏體的體積分?jǐn)?shù)分別定義為狀態(tài)變量 SDV1~SDV5，以方便進行結(jié)果的顯示與后處理。此外，還要根據(jù)鋼材初始化學(xué)成分，按式(7-1)~式(7-4)進行各相變關(guān)鍵溫度線的計算，為相變計算提供必要條件。

圖7-2 UMATHT 子程序相變計算流程圖

程序運行開始，先取得當(dāng)前時刻6積分點的溫度TEMP，根據(jù)時刻奧氏體含碳量"。與平衡態(tài)奧氏體含碳量"的相對大小判斷將發(fā)生奧氏體形成過程還是分解過程。奧氏體含碳量與平衡態(tài)奧氏體含碳量的相對大小和相變特征溫度線將焊接熱影響區(qū)相變過程分為8個區(qū)域。當(dāng)m<"時，處于焊接加熱階段:當(dāng)T<A。1時，不發(fā)生相變;當(dāng) 41<T<A。;時，發(fā)生奧氏體化過程，奧氏體將逐漸形成，并且奧氏體晶粒將不斷長大;當(dāng)T>A3時，組織完全奧氏體化。在加熱階段，可采用杠桿定律求解奧氏體形成階段組織的體積分?jǐn)?shù)，采用晶粒長大動力學(xué)方程計算奧氏體晶粒尺寸變化;在冷卻階段，">w，奧氏體不斷分解為相應(yīng)的子相:當(dāng) AeI<T<A 時，發(fā)生鐵素體相變;當(dāng) B<T<A。 時，發(fā)生珠光體相變; 當(dāng) MS<T<BS時，發(fā)生貝氏體相變;當(dāng)TM時，發(fā)生馬氏體相變。冷卻階段采用Kirkaldy模型確定擴散型相變進行的速度，并計算 A時間間隔內(nèi)相變進行的程度，即得出該步長終了時刻工件各處各組織的體積分?jǐn)?shù)，利用Koistinen-Marburger 模型計算溫度7時的馬氏體體積分?jǐn)?shù)。此后進行下一時間步長At+1的計算，重復(fù)下一增量步循環(huán)，直至計算到設(shè)定時刻車。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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