焊接模拟示例-1

FOCUSED ON EXCELLENCE
焊料热量的模拟
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计算模型
◇ 时间步： 时间步长的确定主要考虑 瞬态温度场分布对于结构受力、 变形计算是否收敛。越大的时 间步，两步之间温差越大，则 收敛和变形越大；大的时间步 可能导致计算不收敛，尤其是 边界采用非固定情况时； ◇ 单元算法采用large disp./large stain的mixed单 元算法； 焊接模拟中的单元热变形 很大，需要采用mixed单元算 法。
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计算模型
◇ 厚板初始温度为30摄氏度； ◇ 厚板边界约束条件采用弱弹簧约束；（也可固定） ◇ 焊料的添加过程采用单元“生”功能实现； ◇ 厚板和焊料暴露表面施加对流散热条件； ◇ 焊料热量模拟，采用初始温度方式（初始温度2000摄氏度）；
ADINA
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计算模型
ADINA
◇ 单元生死在ADINA中可 通过三种途径定义： 几何体（几何体上所 有单元同时生、或死）； 单元组（单元组内所 有单元同时生、死）； 单个单元（每个单元 生死时间可不同，输入 element-data表格）； ◇ 当前模型的每道焊料 由多个volume构成，因此 可采用几何体的方式定义 焊料的“生”时间；
采用单元“生”的方法模拟焊料的添加过程
◇ 当焊接路径非常复杂 时，可能会采用单个单元 的方式；
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计算模型
◇ 单元表面分为两类：
ADINA
始终暴露于外界的单元表面（包括厚板 单元外表面、第二道焊料的弧形外表面等）； 在一定时间段暴露于外界的单元表面 （如第一道焊料的弧形表面）； ◇ 以surface 6为例，这块焊料（volume 1） 的birth时间为0.1s，之后s6将通过对流进 行散热，被第二道焊料覆盖（ volume 2 birth时间为20.1s）后，s6不再进行对流散 热；因此其Convection散热的birth、death time为0.1、20.1，这在Convection load 1 中被定义；同样地，对于s13，其 convection birth、death时间为2.1、21.1; ◇ 实际上，介于s6、s13之间的竖立面也属 于第二类表面，其convection散热时间为1s， 相对较短；考虑到实际焊接操作的连续性， 一般不考虑这些表面的散热；
对流散热的模拟
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计算模型
ADINA
◇ s6的散热property定义，注意 其birth、death定义以及随着固 体温度，对流换热系数的显著变 化； ◇ 环境温度为30摄氏度始终保持 不变；
对流散热的模拟
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计算模型
23s时刻温度分布
80s时刻温度分布
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其它说明
◇ 此模型可说明ADINA中焊接建模的主要过程；
ADINA
◇ 焊接模拟建模复杂性在于焊料“生”的定义、单元外表面convection散热 “生”、“死”的定义；在复杂模型中，应利用网格划分规律，将这些直接 定义到element、element face上；
ADINA
其它模型设置（4）
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计算结果
ADINA
残余变形规律（对比初始网格，可见焊接后厚板中间位置明显向下变形）
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算结果
ADINA
80s时刻的等效应力分布
FOCUSED ON EXCELLENCE
计算结果
百度文库
ADINA
◇ 结构模型设置： 结构采用static静力算法； 采用自动时间步长，打开low speed dynamic控制；
ADINA
◇ 设置保持结果间隔，控制结果文件大小：
其它模型设置（3）
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计算模型
◇ 结构模型边界条件： 为了便于观察残余变形规律，当前模型采用弱弹簧约束；在 焊接过程中变形和应变很大，因此要有足够的约束才能保证收敛； 弱弹簧相当于模拟两块厚板在焊接过程中处于无夹持的状态；
ADINA
其它模型设置（1）
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计算模型
◇ 温度场计算设置： 温度场采用瞬态算法； 采用集中（lumped）热容 矩阵； 采用Trapezoidal时间积分 算法； 采用自动时间步长；
ADINA
其它模型设置（2）
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计算模型
ADINA
◇ 理论上，可采用初始温度、internal heat loading两种方式模拟焊料热量，当前 模型采用初始温度（2000摄氏度）方法； ◇ 初始温度可施加到节点集合上，将两道焊 料中所有节点减去与厚板共用节点（共用节 点初始温度30摄氏度，这control中的缺省初 始温度中定义。）定义为node set 1并施加 初始温度；
计算模型
◇ 采用TMC方法模拟焊接问题； ◇ 两块厚板料在焊接处预制为楔形；
ADINA
◇ 焊接工艺为埋弧焊。分为两道，0～10s焊接第一道，20～30s为在第一道 上面覆盖第二道； ◇ 温度场采用瞬态，不考虑结构惯性影响，因此结构计算可采用静力； 第二道焊料 第一道焊料 厚板
命令流文件：weld-2-layer-bead.in