ANSYS的生死單元模擬焊接過程(轉(zhuǎn)載)

1、 ANSYS 的生死單元模擬焊接過程2016 年 10 月 11 日 1388長(zhǎng)安 CAEANSYS 的生死單元模擬焊接過程1 概述焊接模擬計(jì)算在 CAE 仿真是比較大的一塊內(nèi)容，也是比較復(fù)雜的一個(gè)過程，幾個(gè)比較關(guān)鍵的問題是熱源函數(shù)的描述、單元的融覆、熱源的移動(dòng)等等，通過單純的 GUI 操作，無(wú)論使 ANSYS 還是 Abaqus 都不大可能完成這個(gè)過程，通常需要借助軟件的內(nèi)置語(yǔ)言。本次主要介紹單元生死的應(yīng)用，單元生死主要用于單元缺失的場(chǎng)合，比如凝固溶解過程，斷裂過程，焊接過程等等，這些過程都是非線性或者時(shí)間歷程過程，計(jì)算需要很多子步和迭代，為了在此過程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的

2、概念，通俗的講就是通過一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當(dāng)單元死時(shí)，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過程中不起作用。詳細(xì)地說，激活單元死這個(gè)狀態(tài)時(shí)，ANSYS 程序?qū)卧獎(jiǎng)偠染仃嚦艘院苄〉囊蜃?，程序默認(rèn)值為 1E-6，死單元的單元載荷為 0，從而不對(duì)載荷向量生效，同樣的，死單元的質(zhì)量、阻尼、比熱等等參數(shù)也設(shè)置為 0，單元的應(yīng)力應(yīng)變也因此為 0。前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號(hào)二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。材料屬性包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱參數(shù)，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強(qiáng)度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱

3、容。焊接時(shí)溫度較高，定義材料通常需要定義多個(gè)溫度下的值。例如定義各材料在各溫度點(diǎn)下的屈服應(yīng)力和屈服后的彈性模量：tbdata,1, 70e6,0.010e11 tbtemp,2000,5tbdata,1, 7e6,0.001e11建立的二維模型如圖 1 所示，中間三角區(qū)域?yàn)楹附訁^(qū)域。劃分網(wǎng)格后如圖 2 所示： 焊接區(qū)域的單元排序是一個(gè)必要的過程，只有將單元按照坐標(biāo)順序排列好，激活才好控制。由于焊接時(shí)單元是從底部一層一層鋪，因此需要將三角區(qū)域的單元按照 Y 坐標(biāo)排序。單元的坐標(biāo)是其形心處的坐標(biāo)，如果一層的單元 Y 坐標(biāo)一致，則將這一層再按照 X 坐標(biāo)排序。排序用 ANSYS 的 APDL 實(shí)現(xiàn)，

4、通過 Do 循環(huán)一遍一遍的遍歷單元。其主要流程如圖 3 所示： 在進(jìn)行這個(gè)過程之前，需要先選出焊接區(qū)域的所有單元，之后：！焊接區(qū)域單元數(shù)目 nse！定義數(shù)組，存儲(chǔ)單元編號(hào)！定義數(shù)組，存儲(chǔ)坐標(biāo) x！定義數(shù)組，存儲(chǔ)坐標(biāo) y！定義數(shù)組，存儲(chǔ)按照坐標(biāo)排序的單元標(biāo)號(hào)！得到剩下的單元數(shù)目 nse1*do,i,1,emax*if,esel(i),eq,1,then！表示單元是否被選中 ii=ii+1ne(ii)=i*endif*enddo元的編號(hào)！此段循環(huán)用于得到剩下的單！此段循環(huán)得到剩下單元的坐標(biāo)！定義輔助常數(shù)，用于比較miny=1e20minx=1e20mine=ne(i)*endif*endif*en

5、dif*enddo單元編號(hào)）！此段循環(huán)用于將剩下的單元經(jīng)過坐標(biāo)比較，找到 Y 最?。╔ 最小的 ！得到這個(gè)編號(hào)的單元并存儲(chǔ)注意循環(huán)的時(shí)候會(huì)有圖 4 的這個(gè)警告，這個(gè)沒有關(guān)系，因?yàn)榈谝徊教蕹龁卧僮鲿r(shí)實(shí)際并沒有剔除成功，因?yàn)榈谝徊窖h(huán)時(shí) mine=0。圖4 Wanrning焊接一個(gè)單元的時(shí)間假設(shè)為 5s，起始時(shí)間為 0，通過得到的單元數(shù)可以知道整個(gè)歷程的時(shí)間。求解之前先將所有焊接區(qū)域的單元?dú)⑺溃ㄟ^循環(huán)遍歷實(shí)現(xiàn)，命令是 ekill，每次殺死一個(gè)單元：殺死后單元如圖 5 所示： t=t+dt1time,tnsubst,1*do,j,1,4d,nelem(neorder(i),j),temp,max_tem*enddo solve!*下面的求解用于保證初始的升溫速度為零*t=t+dt1time,tsolve!*下面的步驟用于求解溫度分布*do,j,1,4ddele,nelem(neorder(i),j),temp*enddot=t+50000求解完之后，繼續(xù)求解冷卻過程，冷卻過程只需給一個(gè)時(shí)間就行。5 計(jì)算結(jié)果最后的應(yīng)力分布