Abaqus焊接仿真案例展示

2017-05-08 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Abaqus在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用:

針對焊接領(lǐng)域關(guān)注的各種線性、非線性、熱力耦合、溫度場、應(yīng)力、應(yīng)變,微裂紋、疲勞、相變過程等問題Abaqus有針對性的提供了相應(yīng)的有限元分析解決方案。

Abaqus具有強大的熱固耦合分析功能,包括:

穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析;
順序耦合熱-固分析;;
完全耦合熱-固分析;
強制對流和輻射分析;
熱界面接觸接觸;
摩擦生熱等。

可以定義從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型,來模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus靜態(tài)分析圖片1

Abaqus焊接應(yīng)用的優(yōu)勢:

針對焊接多物理場過程,Abaqus提供強大的熱-固耦合分析功能,包括:穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析,順序耦合熱-固分析,完全耦合熱-固分析,強制對流和輻射分析,熱界面接觸,熱-電耦合等?？梢远x從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型,來模擬焊接過程中金屬材料熱學(xué)響應(yīng)和力學(xué)響應(yīng)性能。

Abaqus包括51種純熱傳導(dǎo)和熱力耦合單元,83種隱式和顯式完全熱-固耦合單元,覆蓋桿、殼、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對稱和實體各種單元類型,包括一階和二階單元,為用戶建模提供極大的方便。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元仿真圖片2

Abaqus在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用案例:

Abaqus廣泛應(yīng)用于焊接的各個方面,可以解決進行焊接過程中如下方面問題進行分析:

焊接過焊接過程中溫度場的計算;
被焊工件應(yīng)力應(yīng)變計算;
被焊工件變形分析;
焊縫疲勞性能分析;
焊接接頭殘余應(yīng)力分析;
焊接接頭微裂紋分析;
焊接接頭氫擴散分析。

金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元仿真圖片3

基于熱彈塑性的Abaqus有限元法的計算方法

熔焊:

Abaqus解決方案:選用隱式求解器Abaqus/Standard進行順序耦合熱固分析。

Abaqus中提供豐富的用戶子程序接口,包括:

非均布載荷子程序(DLOAD);
熱源子程序(DFLUX);
接觸面摩擦行為子程序(FRIC)等。

用戶可以根據(jù)熱源的具體參數(shù)采用Fortran建立熱源子程序,在計算過程中直接通過子程序接口(DFLUX)調(diào)用。對于焊接過程中的熱傳導(dǎo)問題,Abaqus還提供了強大的散熱(Film Condition)和熱輻射功能。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元仿真圖片4

壓焊:

Abaqus解決方案:選用顯式求解器Abaqus/Explicit來進行分析。同時,Abaqus提供強大的完全耦合熱固分析,強制對流和輻射分析,熱界面接觸。

Abaqus/Explicit提供兩種算法來模擬接觸問題:

通用接觸算法;
接觸對算法;
對于考慮接觸和熱傳導(dǎo)的壓焊過程仿真時,采用熱力耦合的動態(tài)分析步,

可以進行完全熱力耦合分析。

Abaqus提供了豐富的材料模型庫,用戶可以方便的選擇包括金屬、工程塑料、泡沫材料等多種材料模型,可以考慮材料的塑性、損傷、失效、溫度相關(guān)等非線性效應(yīng)。

焊接熱力耦合過程模擬常用到的是Johnson-Cook模型,它是一個材料屈服強度與溫度和應(yīng)變率相關(guān)的一個材料本構(gòu)模型;
用戶還可以利用Abaqus的用戶子程序的功能進一步添加自己所需要步添加自己所需要的材料模型。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元仿真圖片5

釬焊:

Abaqus提供豐富熱載荷形式,有面形熱流(Surface heat flux))、體型熱流(Body heat flux)、集中熱流(Concentrated heat flux),同時還可以根據(jù)焊接過程中的實際加熱情況建立場變量(Discrete Fields& Analytical Fields)和熱載荷構(gòu)建恰當?shù)臒嵩茨Ｐ汀?

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元圖片6

焊接變形的仿真:

由于焊接熱彈塑性有限元計算過程是個典型的非線性過程:

矩陣方程奇異性大矩陣方程奇異性大;
同時采用熱彈塑性有限元法需要跟蹤整個焊接及冷卻過程,這使得熱彈塑性有限元分析計算量非常龐大。

熱彈塑性有限元計算過程中,為了得到準確而快捷地模擬非線性過程,采用Abaqus對焊接進行模擬分析。

核心要求:選擇合適的3D板殼單元建立有限模型。

根據(jù)已有的有限元模型,利用Abaqus軟件重新布置網(wǎng)格建立有限元模型,模擬其焊接過程。

Abaqus在焊接變形預(yù)測的應(yīng)用:

Abaqus焊接變形預(yù)測仿真是基于熱彈塑性理論的預(yù)測方法。

Abaqus熱分析分為穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析兩種。焊接過程是個局部快速加熱到高溫,并隨后冷卻的過程,隨著熱源的移動,整個焊件的溫度隨時間和空間急劇變化,材料的熱物理性能也隨溫度劇烈變化。因此,焊接溫度場分析以及引起的應(yīng)力場分析都屬于高度的非線性瞬態(tài)分析過程析過程。

其主要步驟為:

1) 首先進行熱分析,得到焊接溫度場;

2) 重新進入前處理,將熱單元轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元;

3) 設(shè)置結(jié)構(gòu)分析的材料屬性以及前處理細節(jié);

4) 讀入熱分析析的節(jié)點節(jié)點溫度度;;

5) 設(shè)置參考溫度,即設(shè)置構(gòu)件加熱初始均勻溫度;

6)求解和后處理。

Abaqus焊接仿真案例展示abaqus有限元圖片7