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

Abaqus具有強(qiáng)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(qiáng)制對(duì)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(shì):

針對(duì)焊接多物理場(chǎng)過程,Abaqus提供強(qiáng)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(qiáng)制對(duì)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(duì)稱和實(shí)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。

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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(gè)方面,可以解決進(jìn)行焊接過程中如下方面問題進(jìn)行分析:

焊接過焊接過程中溫度場(chǎng)的計(jì)算;
被焊工件應(yīng)力應(yīng)變計(jì)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(kuò)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。

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基于熱彈塑性的Abaqus有限元法的計(jì)算方法

熔焊:

Abaqus解決方案:選用隱式求解器Abaqus/Standard進(jìn)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(jì)算過程中直接通過子程序接口(DFLUX)調(diào)用。對(duì)于焊接過程中的熱傳導(dǎo)問題,Abaqus還提供了強(qiáng)大的散熱(Film Condition)和熱輻射功能。

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壓焊:

Abaqus解決方案:選用顯式求解器Abaqus/Explicit來進(jìn)行分析。同時(shí),Abaqus提供強(qiáng)大的完全耦合熱固分析,強(qiáng)制對(duì)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(duì)算法;
對(duì)于考慮接觸和熱傳導(dǎo)的壓焊過程仿真時(shí),采用熱力耦合的動(dòng)態(tài)分析步,

可以進(jìn)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(gè)材料屈服強(qiáng)度與溫度和應(yīng)變率相關(guān)的一個(gè)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(jìn)一步添加自己所需要步添加自己所需要的材料模型。

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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(shí)還可以根據(jù)焊接過程中的實(shí)際加熱情況建立場(chǎng)變量(Discrete Fields& Analytical Fields)和熱載荷構(gòu)建恰當(dāng)?shù)臒嵩茨Ｐ汀?

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焊接變形的仿真:

由于焊接熱彈塑性有限元計(jì)算過程是個(gè)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(shí)采用熱彈塑性有限元法需要跟蹤整個(gè)焊接及冷卻過程,這使得熱彈塑性有限元分析計(jì)算量非常龐大。

熱彈塑性有限元計(jì)算過程中,為了得到準(zhǔn)確而快捷地模擬非線性過程,采用Abaqus對(duì)焊接進(jìn)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(cè)的應(yīng)用:

Abaqus焊接變形預(yù)測(cè)仿真是基于熱彈塑性理論的預(yù)測(cè)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(gè)局部快速加熱到高溫,并隨后冷卻的過程,隨著熱源的移動(dòng),整個(gè)焊件的溫度隨時(shí)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(chǎng)分析以及引起的應(yīng)力場(chǎng)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(jìn)行熱分析,得到焊接溫度場(chǎng);

2) 重新進(jìn)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(xì)節(jié);

4) 讀入熱分析析的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)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。

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