平板搭接双焊缝MARC有限元模拟
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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 0 0 0 0.08 0 0 0.1 0 0 0.12 0 0 DUPLICATE TRANSLATIONS 0 0.006 0 POINTS ALL: EXIST PTS: ADD 0.074 0.006 0 0.126 0.006 0 0.2 0.006 0 DUPLICATE TRANSLATIONS 0 0.006 0 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 CURVE DIVISIONS FIX # DIVISIONS: #DIVISIONS4 APLLY CURVE DIVISIONS 选择图形中两个小三角形的边界，右键确定 运用SUBDIVIDE DIVISIONS x y z BIAS FACTORS x y z 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 2D PLANAR MESHING QUAD MESH! 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 0 0 0.002 REPETITION 25 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 MATERIAL PROPERTIES ISOTROPIC YOUNGER’S MODULUS 2.1E11 POISSON’S RATIO 0.33 MASS DENSITY 7800 PLASTICITY:ELASTIC-PLASTIC INITIAL YIELD 2.5E8 RETURN THERMAL EXP. 1.2E-5 RETURN RETURN 如图所示： HEAT TRANSFER CONDUCTIVITY 40 RETURN SPECIFIC HEAT 500 RETURN MASS DENSITY 7800 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 MODELING TOOLS WELD PATHS NEW（weldpath1） PATH INPUT METHOD NODES:ADD 在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。 ORIENTATION INPUT METHOD NODES ADD 并选择三角形直角顶点上的点。 两条焊缝都要定义。 NEW（weldpath2） PATH INPUT METHOD NODES:ADD 在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。 ORIENTATION INPUT METHOD NODES ADD 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 WELD FILLERS NEW ELEMENTS ADD SET SET1 NEW ELEMENTS ADD SET SET2
5. 施加边界条件
1焊接温度场的边界条件
BOUNDARY CONDITIONS NEW THERMAL MORE VOLUME WELD FLUX FLUX POWER 2600 EFFICIENCY 0.7 WIDTH 0.006 DEPTH 0.005 FORWARD LENGTH 0.003 REAR LENGTH 0.015 VELOCITY 0.002 WELD PATH Weldpath1 ELEMENT Add ALL:SET SET1 OK (apply1) NEW THERMAL MORE VOLUME WELD FLUX FLUX POWER 2600 EFFICIENCY 0.7 WIDTH 0.006 DEPTH 0.005 FORWARD LENGTH 0.003 REAR LENGTH 0.015 VELOCITY 0.002 WELD PATH Weldpath1 ELEMENT Add ALL:SET SET1 OK (apply2) NEW RETURN FACE FILM FILM COEFFICIENT 40 SINK TEMPERATURE 20 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 FIX DISPLACEMENT DISPLACEMENT X NODES ADD 选择上搭接板上的节点，确定 （apply4) NEW MECHANICAL FIX DISPLACEMENT DISPLACEMENT Y NODES ADD 选择下搭接板上表面的节点，确定 （apply5） NEW MECHANICAL FIX DISPLACEMENT DISPLACEMENT Z NODES ADD 选择下搭接板下表面的节点，确定 （apply6） apply4 apply5 apply6
6. 设置工况 1 定义焊接过程 LOADCASES NEW（loadcase1） COUPLED QUASI-STATIC LOADS：点掉apply2 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30 RETURN TOTAL LOADCASE TIME 25 CONSTANT TIME STEP PARAMETERS #STEPS 25 OK OK NEW（loadcase2） COUPLED QUASI-STATIC LOADS：点掉apply1 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30 RETURN TOTAL LOADCASE TIME 25 CONSTANT TIME STEP PARAMETERS #STEPS 25 OK OK 2 定义冷却过程 NEW QUASI-STATIC LOADS:取消apply1 apply2 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30 OK TOTAL LOADCASE TIME 5000 ADAPTIVE: TEMPERATURE PARAMETERS MAX #INCREMENTS 500 INITIAL TIME STEP 1 OK OK
7. 定义作业 JOBS COUPLES AVAILABLE Lcase1 Lcase2 Lcase3 ANALYSIS OPTIONS PLASTICITY PROCEDURE: SMALL STRAIN LUMPEDMASS & CAPACITY OK JOB RESULTS STRESS Equivalent Von Mises Stress 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 2 12S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。
