chap5 SYSWELD焊接模拟范例——T型接头

5
模拟流程

3 – 通过Welding Wizard焊接向导定义焊接问题

应输入以下数据

组件材料属性参数 移动热源（迹线、速度、强度） 热/力边界条件 初始温度和材料组织成分 求解器参数

借助材料库、函数库和专用组名来建立要求解的问题 所有输入数据都存放在工程文件中，可导入、修改和保 存
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39
1 6 2 4
3 5
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40
热影响区
熔融区
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1
Perform the solution of the problem
模拟的稳态计算部分在当前的PC机上需约半小时
95
重启瞬态计算以模拟 焊接结束时及冷却
96
1 2 3
97
1 – 重启过程restart procedure名， 对第一个重启名为 projectName-1， 第二个重启名为ProjectName-2， 以此类推
6

模拟流程

模拟向导会话保存后：

从材料库和函数库中提取出所需要的材料 属性和函数 得到可由求解器解析的命令文件 <PROJECT_NAME>_*.DAT (也称“工程 文件 ” ) ，该文件包括材料属性应用、载 荷和网格约束以及问题求解顺序。

7
模拟流程

4 – 问题的有限元求解

焊接向导会话后，可通过输入面板定义焊接问题，并 提供计算所需的数值参数 用户应知道的是这些参数保证了连续性和精度，但没 顾及到精度（计算时间），必须根据材料和工艺来调 节。 在此背景下，网格文件和工程文件顺序载入，求解器 逐行的解析并执行写在工程文件中的命令。
7 8
9 – 热源显示以供检查
热源定义
35
1
计算完后，能量方程参数更新，施加在结构上的总能量作 为计算更新的输入参数 (4500 W)
36
1 2 3 4 5
6
7 – 写入输入的热源参数并进行计 算，自动生成后处理的温度云图， 用户可以和实验结果进行比较
37
检查结果
38
温度云图
热影响区 熔融区
10
HSF热源校核

1 - 建立网格 2 – 加载材料库 2 - 定义工艺过程参数（热源，材料） 3 - 检查热源 4 - 运行模拟 5 - 检查结果 6 - 保存热源到函数库 7 - 保存库
11
网格划分
12
切换到焊接向导 (Welding Advisor)
13
1 2 3 5 4
41
修改热源参数
2 -编辑参数
3 – 替换原参数
4 -重新计算，进行 对比，直到和实际 相一致
1 – 选择热源函数
42
保存热源到函数库
43
3
4 – 查看数据库内容
1 2 – 保存热源函数到 函数库 保存了两个函数 : 对标准焊接 对焊接线媒体使用
6
1
2
4
3
5 -保存热源参数到工作目录 下函数库文件中，文件名 （如hsf.fct）
49
3D单元组——组件
C2_3D BEAD C1_3D
50
1D单元——定义热源
起始节点STARTNODES 参考线REFERENCE
1D 单元组 ，用于定义热源的 局部坐标系
STARTLMS
迹线TRAJECTORY
1D单元组定义热源迹线
终止节点STOPNODES
51
2D单元组——热交换面
SKIN
71
加载网格
加载网格
名为HSF_DATA100.TIT
72
焊接向导界面操作
73
计算类型
2
1 稳态计算选项，针对线 性焊接迹线
74
材料性质
3 1 2 5
4
6 7 -选择材料S355J2G3的 热物性参数
75
材料性质
1
4 –定义组C1_3D的材料属性 2 3 -选择钢S355J2G3的力 学属性
84




检查保存在项目文件中 的工艺数据
85
1 2
3 4
5 6
86
1
87
1
2
88
2
1
3 4 5
期望的功率为 4500W
89
1 2
3
4 5
6 7 8
显示定义的热源
90
1 2
3
边界条件的定义
91
检查材料属性
2
3
1
92
问题的求解
93
问题的求解
1
2
点击Solve 导入TJOINT 项目
67
加载函数库
加载函数库
68
加载函数库
加载工作目录下函数库 文件 hsf.fct
69
检查函数库内容
点击 ‘See content’查看数据库内容 散热函数‘CONVECTIVE AND RADIATIVE LOSSES mm’ 和热源函数 ‘SOURCE_TTS (Medium)
70
加载网格
焊接CAE
焊接模拟范例 ——T型接头
主讲：匡唐清 华东交通大学机电工程学院材料工程系
主要内容

研究对象 模拟流程 模拟方法 热源校核 焊接向导设置及求解 后处理
研究对象

T型接头焊接模拟 材料 – steel s355j2g3
3
模拟流程

1 – 焊接模拟的准备

在使用焊接顾问前已提供了网格，网格定义了结构几 何形状，并应包含组（定义迹线的1D单元，定义热交 换的2D单元） 提供了材料数据并存入材料数据库 提供了热交换系数、热源和变量数据并存入函数数据 库
45
热源校核

热源校核完成，保存到函数库中供 Welding Wizard焊接向导使用
46
T型接头前处理
47
网格定义
48
网格说明

在使用Welding Wizard焊接向导前，在当前数据 库中应该已有网格及节点或单元组

3D单元组定义组件 2D单元组定义与环境的热交换面 1D单元组定义热源迹线 节点组
2
3
98
焊接操作描述
1
2
3
99
1
2 3
对瞬态焊接模拟， 无需施加常数温度
100
1 2 3
激活Postprocessing以 使在分析结束时计算 结果能自动转为后处 理文件
4 5 7 6
为分析的瞬态计算部 分指定求解参数文件 *.par
101
问题求解
1
2
点击Solve导入 TJOINT-1项目


4
模拟流程

2 – 工艺参数调节:

在 SYSWELD 中，热源由函数表示，该函数定义 了施加在结构单元上的能量密度 该数据不是与工艺数据（电流强度、电压等）直 接关联，需要调整以反映工艺中制件上实际的热 循环。 可利用专用工具Heat input fitting tool热输入拟合 工具来进行热源校核
5
6 7
8
82
保存项目
所有工艺参数都保存在项目文件 TJOINT.prj 中，通过向导Wizard自 动生成SYSWELD的输入数据
83
文件保存

随项目TJOINT一起保存的文件有:

TJOINT_MESH_DATA1000.ASC: ASCII格式的网 格，包括所有计算所需的组 TJOINT_METALLURGY.DAT: 该文件包含依赖 于温度和相的相变动力学属性和热材料属性 TJOINT_HT.DAT: 该文件添加热属性和载荷到网 格 TJOINT_HT_C.DAT: 执 行 热 - 金 相 分 析 的 文 件 TJOINT_MECH.DAT:该文件添加力学属性和载荷 到网格 TJOINT_MECH_C.DAT:执行力学分析的文件
27
1
2 4 3
5
6 –把材料性质赋值给接头组件
28
1 2 重复前面操作定义 组 C2_3D和BEAD的材料
29
热源参数
30
1
3 4
2
5 –热源参数和热源能量定义
31
分析与热源参数拟合
32
1 2 3
4
5 – 热源定义的输入数据存 储并执行计算
33
1 2
3 4 – 默认的热源函数 号 5 6


8
模拟流程

5 – 后处理和结果分析

求解完成后，自动生成后处理文件 可查看整个工艺过程中材料的热历程和组织 转变，以及变形、反应、应力、应变、塑性 应变及其他与材料行为有关的结果。 SYSWELD Post-Processor 为后处理专用工 具
9


焊接模拟方法

在SYSWELD中可以进行两类模拟
1 2
17
1 2
3
4
18
1
2 – 自动生成2D网格并显示
19
20
1
2
21
2
3
1
22
2
1
23
1 – 由2D网格自动生成3D网格并显示
24
1
25
加载材料数据库
26
1 2
5
3 4— 载入材料数据库
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80
力学边界条件——夹持
2 1
4
3
夹持条件阻止刚性体运动
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求解参数
1 2 3
4
初始时间Initial time和结束 时间final time相同，因为整 个工艺通过寻求稳态 searching the steady state在1 步内模拟 该时间需考虑焊接介质的起 始时间starting time 采用存放在工作路径的预定 义的求解器参数文件
52
节点组——定义约束
夹持的节点
53
节点组——稳态计算
FRONT
节点组定义稳态计算时的初始条件20℃
54
检查组

接下来检查本模拟中定义的组 作为练习，希望用户：



导入Heat Source Fitting tool热源拟合工具创建 并存储在文件HSF_DATA100.TIT中的网格 显示查看所有定义的组
105
结果平均



转换后，源自单元中心或高斯点的结果外推到单 元节点，并在结构节点处平均 平均后，在单元、积分点、单元节点和结构节点 上的结果都可用 外推 extrapolation/ 平均 averaging 操作有多种选择 （ 详 见 后 处 理 和 平 均 post-processing and averaging 的在线帮助或 Toolbox CD-ROM 中的课 件 Software Architecture*.ppt, Backgroud_results*.ppt 或 Results Effective Format*.ppt）
6 7 Geometry： 先建2D截面，后拉伸为3D Pre-defined——预定义的接头模型 Custom——用户自定义接头模型 .cmd(Init)——初始设置 .PAR(Modify)——对已保存的参数文件进行修改
14
1 2
15
2
3
1
16
保存后，自动生成包含热源所有参数的 *.PAR参数文件，若需修改参数，载入该 *.PAR文件并修改即可

逐步(step by step)计算：模拟热源从迹线起始到终点 如果焊接接头是固定/定常的，可利用移动坐标系 (moving reference frame)法来简化问题。 考虑到问题的固定 / 定常属性，焊接接头约 90% 是在一 步内计算，其他10%是通过逐步法来计算。


本例采用第二种方法。
102
1
Perform the solution of the problem
模拟的瞬态计算部分在当前的PC机上需约1小时
103
T型接头后处理
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结果转换



计算完成后，热分析结果存放在文件 TJOINT_TRAN1000.TIT中，力学分析结果存放 在 TJOINT_TRAN2000.TIT中 计算过程中，存放在两文件中的结果数据自动转 换为后处理格式，转换后的数据保存在文件 TJOINT_V_POST1000.fdb （ 热 分 析 结 果 ） 和 TJOINT_V_POST2000.fdb （力学分析结果） 用户也可很方便地手动进行结果转换（仅对选定 的组和选定的时间步，可减少需进行后处理的数 据量）
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材料性质
重复操作定义组 C2_3D和BEAD的 性质
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焊接操作描述
1 2 3
7
8 9
4
5
6 10
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热边界条件
1
2
3
5
4
8 6 7
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指定温度Imposed Temperature
2
3
1 5 4 6 对组FRONT指定温度Imposed Temperature (20℃) ，定义稳态计算的边界条件

加载:

材料数据库 包含热源和散热函数的函数库
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定义工程名
1 2
62
载入材料数据库
63
载入材料库
加载材料库
64
加载材料库
加载工作目录下的材料库文件 w_s355j2g3.mat
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检查材料库内容
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过点击 ‘See content’ 可以查看数据库内容 材料 S355J2G3
66
载入函数库
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1 3
2
4
5
7 –导入网格
6
56
8
9
4
5
1
2 6 3
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7 – 屏幕上显示C1_3D组的单元
Welding Advisor 焊接向导初始化
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切换到 Welding Advisor
59
1
60
焊接向导工作流程

定义工程名

Reference : “TJOINT” Title : Welding Simulation of Tjoint