焊接应力及温度场计算机模拟实验Word文档格式.docx

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k,9,0.0216,0.005,0

k,10,0.0284,0.005,0

k,11,0,0,0.08

/以下是由上述关键点连成线

l,1,2!

line1

l,2,3!

line2

l,1,4!

line3

/larc是由三个点连成弧线

larc,3,5,8!

line4

larc,3,4,9!

line5

larc,4,5,10!

line6

l,5,6!

line7

l,4,7!

line8

l,6,7!

line9

l,1,11!

line10

/以下是由线组成面

al,1,2,3,5

al,4,5,6

al,6,7,8,9

vdra,all,,,,,,10

MSHAPE,0,3D

MSHKEY,1

/以下是对线进行分段

LESIZE,1,,,6,,,,,1

LESIZE,9,,,6,,,,,1

LESIZE,3,,,12,,,,,1

LESIZE,8,,,12,,,,,1

LESIZE,2,,,8,,,,,1

!

LESIZE,13,,,24,,,,,1

LESIZE,4,,,12,,,,,1

LESIZE,5,,,12,,,,,1

LESIZE,6,,,12,,,,,1

vmesh,all

wpoffs，0.025,0,0

vsysm，Y，all

vsysm，Z，all

/以下是在相应位置加约束

DA,4,UX,0

DA,1,UZ,0

DA,2,UZ,0

DA,3,UZ,0

DA,7,UY,0

DA,14,UY,0

/以下是加应力

DA,13,UX,1.5e-4

/sol

solve

运行结果：

由运行结果得到：

由上图可以知道应力最大的区域在熔合区，其最大应力值为

；

应力集中系数为：

1.27

二、焊接过程温度场模拟问题分析：

对1个焊接件的两条焊缝的凝固过程的温度场进行分析，几何模型如下图所示。

焊条及两块钢板的材料为钢，其物理性能见下表。

焊接过程可以归结为一个移动的热源作用下的传热过程，其分析流程主要包括以下步骤：

建立模型、设置热分析类型和选项、施加移动热源并求解、查看结果。

本例通过双椭球移动热源的加载以模拟该焊接过程，计算结构在焊接过程中的温度变化，以分析结构的性能是否达到设计的要求。

双椭球移动热源模型：

热输出效率0.60电压30V电流260A焊接速度0.00117m/s

式

（1）和式

（2）中，a、b、cf、cb为热源形状参数，q0为热输入功率，ff、fb为模型前后椭球的能量分配系数。

/CLEAR,NOSTART

FINISH

/CONFIG,NRES,2000!

瞬态分析最大步数

/FILNAME,PLASMAA-TIG

/PREP7

***************************************************************

HEATTREATMENT

THERMALANSLYSIS

ET,1,PLANE55

ET,2,SOLID70

材料密度

MPTEMP,1,20,500,1000,1500,2000

MPDATA,DENS,1,1,7930,7930,7930,7930,7930

热膨胀系数

MPDATA,ALPX,1,1,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5,1.98E-5

泊松比

MPDATA,NUXY,1,1,0.29,0.29,0.29,0.29,0.29

热传导系数

MPDATA,KXX,1,1,21.4,21.4,21.4,21.4,21.4

比热容

MPDATA,C,1,,500,500,500,500,500

*****************输入几何模型并剖分网格*****************

RECTNG,0,0.005,0,0.01,

RECTNG,0.005,0.01,0,0.01,

RECTNG,0.01,0.025,0,0.01,

/PNUM,LINE,1

/PNUM,VOLU,1

/PNUM,AREA,1

K,,,,,

K,,,,0.1

NUMMRG,ALL,!

合并

NUMCMP,LINE!

压缩

NUMCMP,KP

L,1,9

LESIZE,2,,,2,

LESIZE,6,,,2,

LESIZE,5,,,3,2

LESIZE,7,,,3,1/2

AMESH,2

*

LREF,2,,,1,1,OFF,ON

LESIZE,4,,,6,

LESIZE,2,,,6,

LESIZE,3,,,10,

LESIZE,1,,,10,

AMESH,1

LESIZE,10,,,8,

LESIZE,8,,,8,

LESIZE,9,,,2,

AMESH,3

LESIZE,11,,,40,

VDRAG,1,2,3,,,,11

/TITLE,MESH

EPLOT

ALLSEL

*GET,EMAX,ELEM,,NUM,MAX!

获取结构上最大单元数EMAX

VSEL,S,,,1!

选择焊缝,排序，求出各单元的形心坐标

ESLV,S,1

NSLE,S,1

EPLOT

*GET,NSE,ELEM,,COUNT!

获取焊缝上最大单元数NSE

*DIM,NE,,NSE!

定义NE数组，记录所有单元编号

*DIM,NEX,,NSE!

定义NEX数组，记录所有焊缝单元的系统坐标系的X坐标

*DIM,NEY,,NSE!

定义NEY数组，记录所有焊缝单元的系统坐标系的Y坐标

*DIM,NEZ,,NSE!

定义NEZ数组，记录所有焊缝单元的系统坐标系的Z坐标

*DIM,NEORDER,,NSE!

定义单元编号数组，按几何位置排列，按层，道，角度的顺序

MINE=0!

定义初值，记录在循环中每次选中的单元

II=0

*DO,I,1,EMAX

*IF,ESEL（I）,EQ,1,THEN

II=II+1

NE（II）=I!

焊缝上单元顺序排列

*ENDIF

*ENDDO

获取焊缝单元的坐标，分别存储于数组NEX,NEY,NEZ中

*DO,I,1,NSE

*GET,NEX（I）,ELEM,NE（I）,CENT,X

*GET,NEY（I）,ELEM,NE（I）,CENT,Y

*GET,NEZ（I）,ELEM,NE（I）,CENT,Z

*ENDDO

*CFOPEN,XYZ,TXT,,APPEND

*VWRITE

（'

NE,X,Y,Z'

）

*DO,NP,1,NSE

*VWRITE,NP,（NEX（NP））,（NEY（NP））,（NEZ（NP））

%6I%12.2F%12.2F%12.2F

（F6.0,'

'

F10.6,'

F10.3,'

ALLSEL,ALL

*****************进入瞬态温度场分析求解*****************

/SOLU!

进入求解器

TUNIF,20!

定义初始温度

ANTYPE,TRANS!

设置为瞬态求解

KBC,1

KBC,0

OUTRES,,ALL!

定义结果输出

TOFFST,273!

定义温度偏移量

ALLSEL,ALL!

选择所有节点

AUTOTS,ON!

打开自动时间开关

PARAMETEROFTHEPLASMAARC

EITA=0.60

VOLTAGE=30

CURRENT=260

SPEED=0.00117

ra=8/1000

rb=4/1000

rc1=1.5/1000

rc2=4.5/1000

fraction1=0.5

fraction2=1.5

thick=10/1000

DT=0.1/40/SPEED

Z0=0

TM=1E-3

DTIME=DT

*DIM,GENQ,,NSE!

定义GENQ数组，记录焊缝单元的热生成率

*DO,ITM,1,40,!

设置计算步数

TM=（ITM-1）*DT+1e-3

TIME,TM!

当前时间为TM

!

给本次加载步中受热部分的单元加载

本次加载步中受热部分的单元加载

ZMAX=Z0+SPEED*TM+10*RC1

ZMIN=Z0+SPEED*TM-10*RC2

*DO,II,1,NSE

*IF,NEZ（II）,LE,ZMAX,THEN

*IF,NEZ（II）,GT,0,THEN

Q1=6*1.732*FRACTION1*EITA*VOLTAGE*CURRENT/（（3.1416**1.5）*RA*RB*RC1）

INSIDE1=-3*（（（NEZ（II））-SPEED*TM）**2/RC1/RC1）

INSIDE2=-3*（NEX（II）*NEY（II）/RB/RB）

INSIDE3=-3*（（THICK-NEY（II））**2/RA/RA）

INSIDE=INSIDE1+INSIDE2+INSIDE3

*IF,INSIDE,LE,-10,THEN

Q2=0

*ENDIF

*IF,INSIDE,GT,-10,THEN

Q2=EXP（INSIDE）

*ENDIF

GENQ（II）=Q1*Q2

BFE,NE（II）,HGEN,,GENQ（II）

*IF,NEZ（II）,LT,0,THEN

*IF,NEZ（II）,GT,ZMIN,THEN

Q1=6*1.732*FRACTION2*EITA*VOLTAGE*CURRENT/（（3.1416**1.5）*RA*RB*RC2）

INSIDE1=-3*（（（NEZ（II））-SPEED*TM）**2/RC2/RC2）

*ENDDO

ALLSEL

SOLVE!

求解

删除本次加载步中受热部分的单元荷载，为下一步加载做准备

*IF,NEZ（II）,LT,ZMAX,THEN

BFEDE,NE（II）,HGEN,,GENQ

/POST1

/VIEW,1,-0.8,0.34,0.468

/ANG,1,-6.5

/REPLO

/AUTO,1

/REP,FAST

*DO,II,1,40

SET,,,,,,,II

PLNSOL,TEMP,,0,10

/ANG,1

/REP,FAST

/post1

/seg,dele

/dscale,1,1.0

avprin,0,0

avres,1

/seg,multi,temp1,0.1

esel,all

*do,i,1,40

SET,,,,,,,i

plnsol,temp

*enddo

/seg,off,temp40,1

/anfile,save,temp40,avi

/image,save,temp40,jpeg

anim,1,1,1

finish

实验结果截图：

由程序运行结果来看：

随着热源的移动温度场也在移动，相应位置的组织结构性能随之发生动态变化。

ANSYS程序可以形象地表述这个过程。