生死单元技术

最近在做焊接模拟分析，做了一点东西和大家一起分享一下，还有很多问题是需要和大家一起讨论的！欢迎高手指正，谢谢～

题目：在两个物体之间焊接一圈焊缝，分析冷却后的结构变形和应力！模型见apdl（为了计算速度我简化了）

solution1：热结构耦合分析可以采用直接方法，即选用耦合单元solid5，它同时包括了温度和位移自由度，同时附加了电磁特性，这里我们不关注。我们采用瞬态分析的方法，一开始把焊接单元全部杀死，这里的杀死意味着单元的刚度等属性被赋予一个小量（默认的是1e-6）。然后随着焊接过程依次激活单元，加载温度，认为焊料温度为1500度，也是其材料的参考温度。焊完一圈后冷却降温！但遗憾的是这样的分析是基于线弹性理论的，solid5单元中无法进行塑性分析。

以下是直接法的apdl程序：

/title,Weld Analysis by "Element Birth and Death"

/FILNAME,welding_direct,1

/prep7

et,1,5

! 1号材料是钢

! 2号材料是焊料MG-51T

！假设他们的刚度随温度是变化的。

MPTEMP,1,0

MPTEMP,2,500

MPTEMP,3,1000

MPTEMP,4,1500

MPDATA,EX,1,,2E+005 MPDATA,EX,1,,1.5e5 MPDATA,EX,1,,7e4 MPDATA,EX,1,,1e4 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPDATA,EX,2,,2E+005 MPDATA,EX,2,,1.5e5 MPDATA,EX,2,,7e4 MPDATA,EX,2,,1e4 MPDATA,PRXY,2,,0.3 MPDATA,PRXY,2,,0.3 MPDATA,PRXY,2,,0.3 MPDATA,PRXY,2,,0.3

!材料密度(假设为常值) mp,dens,1,8e-3

mp,dens,2,8e-3

!热膨胀系数(假设为常值) mp,alpx,1,1.2e-5

mp,alpx,2,1.2e-5

!热传导系数(假设为常值)

mp,kxx,1,0.03

mp,kxx,2,0.03

!比热(假设为常值)

mp,c,1,0.6

mp,c,2,0.6

!由于该5号单元还有磁自由度,此处假设一磁特性,但并不影响我们所关心的结果mp,murx,1,1e-10

mp,murx,2,1e-10

mp,rsvx,1,1e-10

mp,rsvx,2,1e-10

!假设焊料焊上去后的初始温度是1500℃

mp,reft,1,25

mp,reft,2,1500

!下面建立几何模型

csys,0

k,1,7,0,0

k,2,7,0,4

k,3,56,0,4

k,4,56,0,11

k,5,60,0,11

k,6,60,0,8 k,7,60,0,0 k,8,63,0,8 k,9,63,0,11 k,12,62,0,8 k,13,62,0,-12 k,14,60,0,-12 k,10,0,0,0 k,11,0,0,1 a,1,2,3,4,5,6,7 a,5,6,8,9

a,7,6,12,13,14 ET,2,SHELL63 !划分单元esize,2 type,2 mat,1 amesh,1,3,2 mat,2 amesh,2 TYPE,1

EXTOPT,ESIZE,25,0,

EXTOPT,ACLEAR,1

EXTOPT,ATTR,1,1,1

vrotat,all,,,,,,10,11,,2

cswpla,11,1

aclear,all

etdel,2

asel,s,,,18,33,15

da,all,ux,0

da,all,uy,0

da,all,uz,0

/solu

antype,4 !瞬态分析

trnopt,full

OUTRES,ALL,1

!

!假设模型表面施加对流，冷却时也是！

allsel

sfa,all,1,conv,1.1e-5,25

!由于第2，5体是焊料所在区域，因此，首先将该区域的单元"死"掉vsel,s,,,2,5,3

eslv

*get,wnum,elem,,count

*dim,eorder,,wnum

*dim,ne,,wnum

*dim,ney,,wnum

*get,emax,elem,,num,max

*get,emin,elem,,num,min

mine=0

!下面的DO循环用于将焊料区的单元按柱坐标csys11y方向排序，以便后面!模拟焊料逐步"生长"的过程

ii=0

*do,i,emin,emax

*if,esel(i),eq,1,then

ii=ii+1

ne(ii)=i

*endif

*enddo

*do,i,1,wnum

*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y

*enddo

*do,i1,1,wnum

miny=1000

*do,i,1,wnum

*if,ney(i),lt,miny,then

miny=ney(i)

mine=ne(i)

j=i

*else

*if,ney(i),eq,miny,then

miny=ney(i)

mine=ne(i)

j=i

*endif

*endif

*enddo

eorder(i1)=mine

ney(j)=1001

*enddo

max_tem=1500 !按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃dt=1!焊接8个单元所需的时间

t=0 !起始时间

ekill,all !将焊接单元先杀死