平板搭接双焊缝MARC元模拟.docx
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平板搭接双焊缝MARC元模拟
2012年春季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考核科目
:
焊接过程建模基础
学生所在院（系）
:
材料科学与工程
学生所在学科
:
材料加工工程
学生姓名
学号
学生类别
统招
考核结果
阅卷人
一、实验目的
1.了解焊接热过程数值模拟的基本思路；
2.熟悉Marc软件的界面和基本操作；
3.利用Marc能够独立完成焊接热过程的数值模拟。
二、实验内容
平板搭接焊缝双侧焊（搭接40mm）
1.建立模型
首先定义焊接平板尺寸为：
120mm×50mm×6mm。
搭接长度为40mm，计算出各个点坐标。
（建立模型过程中采用国际单位制m）
（1）生成点
PTS:
ADD
000
00
00
00
DUPLICATE
TRANSLATIONS
00
POINTS
ALL:
EXIST
PTS:
ADD
0
0
0
DUPLICATE
TRANSLATIONS
00
POINTS
选择需要复制的四个点（右键确定）
（2）连线，生成二维模型如下图
（1）所示：
（3）二维网格划分
运用AUTOMESH
CURVEDIVISIONS
FIX#DIVISIONS:
#DIVISIONS4
APLLYCURVEDIVISIONS
选择图形中两个小三角形的边界，右键确定
运用SUBDIVIDE
DIVISIONS
xyz
BIASFACTORS
xyz
CURVES
对其余的边线进行网格划分。
为了使网格划分更加规则，复制两上下边上的节点到板的中心，得到下图：
下面进行网格划分。
网格划分结果如图3所示。
AUTOMESH
2DPLANARMESHING
QUADMESH!
二维面网格划分完成后，得到下图：
下面需要扩展为三维体网格
EXPAND
TRANSLATIONS
00
REPETITION25
ELEMENT
ALL:
EXIST
RETURN
SWEEP:
ALL
RETURN
RENUMBER:
ALL
得到的三维实体网格如下图所示：
SELECT
ELEMETS：
SETTING
STORE
SET1
选择焊道单元，确定
ELEMETS：
SETTING
STORE
SET2
选择焊道单元，确定
2.施加材料性能
MATERIALPROPERTIES
ISOTROPIC
YOUNGER’SMODULUS
POISSON’SRATIO
MASSDENSITY7800
PLASTICITY:
ELASTIC-PLASTIC
INITIALYIELD
RETURN
THERMALEXP.1.2E-5
RETURN
RETURN如图所示：
HEATTRANSFER
CONDUCTIVITY40
RETURN
SPECIFICHEAT500
RETURN
MASSDENSITY7800
RETURN如图所示：
ADD
ALL:
EXIST
RETURN
RETURN
以上认为母材和焊道单元的材料性能是一样的。
3.建立焊接路径
MODELINGTOOLS
WELDPATHS
NEW（weldpath1）
PATHINPUTMETHOD
NODES:
ADD
在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。
ORIENTATIONINPUTMETHOD
NODESADD
并选择三角形直角顶点上的点。
两条焊缝都要定义。
NEW（weldpath2）
PATHINPUTMETHOD
NODES:
ADD
在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。
ORIENTATIONINPUTMETHOD
NODESADD
并选择三角形直角顶点上的点。
定义好的焊接路径如图所示：
4.建立焊道
WELDFILLERS
NEW
ELEMENTSADD
SET
SET1
NEW
ELEMENTSADD
SET
SET2
5.施加边界条件
1焊接温度场的边界条件
BOUNDARYCONDITIONS
NEW
THERMAL
MORE
VOLUMEWELDFLUX
FLUX
POWER2600
EFFICIENCY
WIDTH
DEPTH
FORWARDLENGTH
REARLENGTH
VELOCITY
WELDPATHWeldpath1
ELEMENTAdd
ALL:
SET
SET1
OK（apply1）
NEW
THERMAL
MORE
VOLUMEWELDFLUX
FLUX
POWER2600
EFFICIENCY
WIDTH
DEPTH
FORWARDLENGTH
REARLENGTH
VELOCITY
WELDPATHWeldpath1
ELEMENTAdd
ALL:
SET
SET1
OK（apply2）
NEW
RETURN
FACEFILM
FILM
COEFFICIENT40
SINKTEMPERATURE20
RETURN
FACES
ADD
框选法确定所有外表面。
（apply3）
2焊接应力场的边界条件
NEW
MECHANICAL
FIXDISPLACEMENT
DISPLACEMENTX
NODESADD
选择上搭接板上的节点，确定（apply4）
NEW
MECHANICAL
FIXDISPLACEMENT
DISPLACEMENTY
NODESADD
选择下搭接板上表面的节点，确定（apply5）
NEW
MECHANICAL
FIXDISPLACEMENT
DISPLACEMENTZ
NODESADD
选择下搭接板下表面的节点，确定（apply6）
apply4apply5
apply6
6.设置工况
1定义焊接过程
LOADCASES
NEW（loadcase1）
COUPLED
QUASI-STATIC
LOADS：
点掉apply2
CONVERGENCETESTING
DISPLACEMENTS
RELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE
MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30
RETURN
TOTALLOADCASETIME25
CONSTANTTIMESTEP
PARAMETERS
#STEPS25
OK
OK
NEW（loadcase2）
COUPLED
QUASI-STATIC
LOADS：
点掉apply1
CONVERGENCETESTING
DISPLACEMENTS
RELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE
MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30
RETURN
TOTALLOADCASETIME25
CONSTANTTIMESTEP
PARAMETERS
#STEPS25
OK
OK
2定义冷却过程
NEW
QUASI-STATIC
LOADS:
取消apply1apply2
CONVERGENCETESTING
DISPLACEMENTS
RELATIVEDISPLACEMENTTOLERANCE
MAXERRORINTEMPERATUREESTIMATE30
OK
TOTALLOADCASETIME5000
ADAPTIVE:
TEMPERATURE
PARAMETERS
MAX#INCREMENTS500
INITIALTIMESTEP1
OK
OK
7.定义作业
JOBS
COUPLES
AVAILABLE
Lcase1
Lcase2
Lcase3
ANALYSISOPTIONS
PLASTICITYPROCEDURE:
SMALLSTRAIN
LUMPEDMASS&CAPACITY
OK
JOBRESULTS
STRESS
EquivalentVonMisesStress
OK
RUN
SUBMIT
（1）
Monitor
8.结果分析
温度场分析
1焊接过程总共50S，取12S,30S,37S时的情况分析。
模型焊接温度场的三维分布图形如图所示：
12S云纹图
30S云纹图（焊接由焊缝一转移到焊缝二）
37S云纹图
212S时，焊缝直线上的温度分布如下：
30S时第一道焊缝和第二道焊缝上的温度分布：
30S时第一道焊缝（冷却）30S时第二道焊缝
3两条焊缝上六个不同节点的温度随时间的变化曲线：
热循环曲线
应力场分析
1观察11方向的应力，在本模型中为横向应力，如下图所示为焊接12s时的横向应力。
分析：
1）熔池位置的横向应力很小，这是由于此时材料软化造成。
2）电弧的前端位置为压缩应力，这是由于该处材料受热膨胀，而受周围材料压缩导致。
2观察33方向的应力，在本模型中为焊接纵向应力，如下图所示为焊接12s时的纵向应力。
3焊后残余应力
11方向的应力
33方向的应力
三、思考题
1.建模过程中经常会遇到什么问题，如何解决？
答：
问题1：
对于双道焊缝，如何使两条焊缝同时焊接与顺序焊接？
解决：
如果是两条焊缝顺序焊接，则需定义两个loadcase1和loadcase2。
如果是两条焊缝同时焊接，则只需定义一个loadcase1。
即可达到目标。
问题2：
建模过程中，线划分不符合原来设计要求，即不是从远离焊缝处到焊缝近处渐变的；网格划分时提示找不到闭合的单元。
解决：
划线时注意连接点的顺序，偏置系数小于1时，连线的方向就是划分时从密到疏的方向。
网格划分找不到闭合单元因为线与线的交点不明确，框选的单元不是完整单元，还有可能是显示器的问题，把图放大后再框选就没有这个问题了。
2.如何进行热源校核，其目的是什么？
答：
热源校核就是热模拟，流程包括建模，输入材料性能，确定焊接路径，焊道，施加边界条件，设置工况，定义作业。
热过程的数值模拟可以优化结构设计和工艺设计，减少试验工作量，提高焊接接头质量。
3.焊接参数如何定义，常会遇到什么问题？
答：
焊接参数根据选择的焊接方法和工件厚度定义。
选择TIG焊的方法，焊接效率是，开始选择的热源输入为200x20=4000，观察模拟结果，工件上最高温度达到2500℃，所以就降低热输入到2400，观察熔池形状和尺寸，太小，最后调整到2600，此外，还可以通过调整焊接速度调整热输入。
4.如何利用模拟得到的结果，提出任一时刻任一位置的温度场数据？
答：
打开模拟结果，SKIPTOINC，输入任一时刻，即可得到提出此刻时的温度场数据。
想观察任意位置的温度，选择此位置一侧的单元，MAKEINVISIBLE，然后调整视图即可看到温度截面。
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