焊接模擬示例

焊接模擬示例第1頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型

采用TMC方法模擬焊接問(wèn)題；

兩塊厚板料在焊接處預(yù)制為楔形；

焊接工藝為埋弧焊。分為兩道，0～10s焊接第一道，20～30s為在第一道上面覆蓋第二道；

溫度場(chǎng)采用瞬態(tài)，不考慮結(jié)構(gòu)慣性影響，因此結(jié)構(gòu)計(jì)算可采用靜力；厚板第二道焊料第一道焊料命令流文件：weld-2-layer-bead.in第2頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型

厚板初始溫度為30攝氏度；

厚板邊界約束條件采用弱彈簧約束；（也可固定）

焊料的添加過(guò)程采用單元“生”功能實(shí)現(xiàn)；

厚板和焊料暴露表面施加對(duì)流散熱條件；

焊料熱量模擬，采用初始溫度方式（初始溫度2000攝氏度）；第3頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型采用單元“生”的方法模擬焊料的添加過(guò)程

單元生死在ADINA中可通過(guò)三種途徑定義：

幾何體（幾何體上所有單元同時(shí)生、或死）；

單元組（單元組內(nèi)所有單元同時(shí)生、死）；

單個(gè)單元（每個(gè)單元生死時(shí)間可不同，輸入element-data表格）；

當(dāng)前模型的每道焊料由多個(gè)volume構(gòu)成，因此可采用幾何體的方式定義焊料的“生”時(shí)間；

當(dāng)焊接路徑非常復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)采用單個(gè)單元的方式；第4頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型對(duì)流散熱的模擬

單元表面分為兩類：

始終暴露于外界的單元表面（包括厚板單元外表面、第二道焊料的弧形外表面等）；

在一定時(shí)間段暴露于外界的單元表面（如第一道焊料的弧形表面）；

以surface6為例，這塊焊料（volume1）的birth時(shí)間為0.1s，之后s6將通過(guò)對(duì)流進(jìn)行散熱，被第二道焊料覆蓋（volume2birth時(shí)間為20.1s）后，s6不再進(jìn)行對(duì)流散熱；因此其Convection散熱的birth、deathtime為0.1、20.1，這在Convectionload1中被定義；同樣地，對(duì)于s13，其convectionbirth、death時(shí)間為2.1、21.1;

實(shí)際上，介于s6、s13之間的豎立面也屬于第二類表面，其convection散熱時(shí)間為1s，相對(duì)較短；考慮到實(shí)際焊接操作的連續(xù)性，一般不考慮這些表面的散熱；第5頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日對(duì)流散熱的模擬計(jì)算模型

s6的散熱property定義，注意其birth、death定義以及隨著固體溫度，對(duì)流換熱系數(shù)的顯著變化；

環(huán)境溫度為30攝氏度始終保持不變；第6頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型

理論上，可采用初始溫度、internalheatloading兩種方式模擬焊料熱量，當(dāng)前模型采用初始溫度（2000攝氏度）方法；

初始溫度可施加到節(jié)點(diǎn)集合上，將兩道焊料中所有節(jié)點(diǎn)減去與厚板共用節(jié)點(diǎn)（共用節(jié)點(diǎn)初始溫度30攝氏度，這control中的缺省初始溫度中定義。）定義為nodeset1并施加初始溫度；焊料熱量的模擬第7頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型

時(shí)間步：時(shí)間步長(zhǎng)的確定主要考慮瞬態(tài)溫度場(chǎng)分布對(duì)于結(jié)構(gòu)受力、變形計(jì)算是否收斂。越大的時(shí)間步，兩步之間溫差越大，則收斂和變形越大；大的時(shí)間步可能導(dǎo)致計(jì)算不收斂，尤其是邊界采用非固定情況時(shí)；

單元算法采用largedisp./largestain的mixed單元算法；焊接模擬中的單元熱變形很大，需要采用mixed單元算法。其它模型設(shè)置（1）第8頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型其它模型設(shè)置（2）

溫度場(chǎng)計(jì)算設(shè)置：溫度場(chǎng)采用瞬態(tài)算法；采用集中（lumped）熱容矩陣；采用Trapezoidal時(shí)間積分算法；采用自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)；第9頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型其它模型設(shè)置（3）

結(jié)構(gòu)模型設(shè)置：結(jié)構(gòu)采用static靜力算法；采用自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)，打開(kāi)lowspeeddynamic控制；

設(shè)置保持結(jié)果間隔，控制結(jié)果文件大?。旱?0頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算模型其它模型設(shè)置（4）

結(jié)構(gòu)模型邊界條件：為了便于觀察殘余變形規(guī)律，當(dāng)前模型采用弱彈簧約束；在焊接過(guò)程中變形和應(yīng)變很大，因此要有足夠的約束才能保證收斂；弱彈簧相當(dāng)于模擬兩塊厚板在焊接過(guò)程中處于無(wú)夾持的狀態(tài)；第11頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日計(jì)算結(jié)果殘余變形規(guī)律（對(duì)比初始網(wǎng)格，可見(jiàn)焊接后厚板中間位置明顯向下變形）第12頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日80s時(shí)刻的等效應(yīng)力分布計(jì)算結(jié)果第13頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日23s時(shí)刻溫度分布80s時(shí)刻溫度分布計(jì)算結(jié)果第14頁(yè)，共15頁(yè)，2023年，2月20日，星期日其它說(shuō)明

此模型可說(shuō)明ADINA中焊接建模的主要過(guò)程；

焊接模擬建模復(fù)雜性在于焊料