研究生課程考核十字接頭雙側(cè)填絲焊接

1、 2014年 春 季學(xué)期研究生課程考核（研究報告）考核科目: 焊接過程建模基礎(chǔ) 學(xué)生所在院（系）: 材料科學(xué)與工程學(xué)生所在學(xué)科: 材料加工工程學(xué) 生 姓 名*學(xué) 號*學(xué) 生 類 別學(xué)術(shù)型考核結(jié)果閱卷人一、實驗?zāi)康?. 了解焊接熱過程數(shù)值模擬的基本思路； 2. 熟悉marc軟件的界面和基本操作；3. 利用marc能夠獨(dú)立完成焊接熱過程的數(shù)值模擬。二、實驗內(nèi)容十字接頭雙側(cè)填絲焊接（板厚10mm,其它自定）1. 建立模型首先定義焊接平板尺寸為：120mm50mm6mm。搭接長度為40mm，計算出各個點(diǎn)坐標(biāo)。（建立模型過程中采用國際單位制m）（1）生成點(diǎn)pts: add0 0 0 0.08 0 00.

2、1 0 00.12 0 0duplicatetranslations0 0.006 0pointsall: exist pts: add0.074 0.006 00.126 0.006 00.2 0.006 0duplicatetranslations0 0.006 0points選擇需要復(fù)制的四個點(diǎn) （右鍵確定）（2）連線，生成二維模型如下圖（1）所示：（3）二維網(wǎng)格劃分運(yùn)用automeshcurve divisionsfix # divisions: #divisions4aplly curve divisions選擇圖形中兩個小三角形的邊界，右鍵確定運(yùn)用subdividedivision

3、sx y zbias factorsx y zcurves 對其余的邊線進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了使網(wǎng)格劃分更加規(guī)則，復(fù)制兩上下邊上的節(jié)點(diǎn)到板的中心，得到下圖：下面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。automesh2d planar meshingquad mesh!二維面網(wǎng)格劃分完成后，得到下圖：下面需要擴(kuò)展為三維體網(wǎng)格expandtranslations0 0 0.002 repetition 25 elementall:existreturnsweep: allreturn renumber: all 得到的三維實體網(wǎng)格如下圖所示：selectelemets：settingstoreset1

4、選擇焊道單元，確定elemets：settingstoreset2選擇焊道單元，確定2. 施加材料性能material propertiesisotropicyoungers modulus 2.1e11poissons ratio 0.33mass density 7800plasticity:elastic-plasticinitial yield 2.5e8returnthermal exp. 1.2e-5returnreturn 如圖所示：heat transferconductivity 40returnspecific heat 500returnmass density 7800

5、return 如圖所示：add all: existreturn return 以上認(rèn)為母材和焊道單元的材料性能是一樣的。3. 建立焊接路徑modeling toolsweld pathsnew（weldpath1）path input method nodes:add在模型上，利用節(jié)點(diǎn)法，選擇起弧點(diǎn)和節(jié)弧點(diǎn)。orientation input method nodes add并選擇三角形直角頂點(diǎn)上的點(diǎn)。兩條焊縫都要定義。new（weldpath2）path input method nodes:add在模型上，利用節(jié)點(diǎn)法，選擇起弧點(diǎn)和節(jié)弧點(diǎn)。orientation input method

6、nodes add并選擇三角形直角頂點(diǎn)上的點(diǎn)。4. 建立焊道 weld fillersnewelements addsetset1newelements addsetset25. 施加邊界條件1焊接溫度場的邊界條件boundary conditionsnewthermalmorevolume weld fluxfluxpower 2600efficiency 0.7width 0.006depth 0.005forward length 0.003rear length 0.015velocity 0.002weld path weldpath1element addall:setset1 o

7、k (apply1)newthermalmorevolume weld fluxfluxpower 2600efficiency 0.7width 0.006depth 0.005forward length 0.003rear length 0.015velocity 0.002weld path weldpath1element addall:setset1 ok (apply2)new returnface filmfilmcoefficient 40sink temperature 20 returnfacesadd框選法確定所有外表面。2 焊接應(yīng)力場的邊界條件newmechanica

8、lfix displacementdisplacement xnodes add選擇上搭接板上的節(jié)點(diǎn)，確定 （apply4)newmechanicalfix displacementdisplacement ynodes add選擇下搭接板上表面的節(jié)點(diǎn)，確定 （apply5）newmechanicalfix displacementdisplacement znodes add選擇下搭接板下表面的節(jié)點(diǎn)，確定 （apply6）6. 設(shè)置工況1 定義焊接過程loadcasesnew（loadcase1）coupledquasi-staticloads：點(diǎn)掉apply2convergence tes

9、ting displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in temperature estimate 30 return total loadcase time 25constant time step parameters#steps 25okoknew（loadcase2）coupledquasi-staticloads：點(diǎn)掉apply1convergence testing displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in tempera

10、ture estimate 30 return total loadcase time 25constant time step parameters#steps 25okok2 定義冷卻過程newquasi-staticloads:取消apply1 apply2convergence testing displacements relative displacement tolerance 0.1 max error in temperature estimate 30 ok total loadcase time 5000 adaptive: temperatureparametersma

11、x #increments 500initial time step 1 okok7. 定義作業(yè)jobscouplesavailablelcase1lcase2lcase3analysis optionsplasticity procedure:small strain lumpedmass & capacity okjob resultsstressequivalent von mises stress okrunsubmit(1)monitor8. 結(jié)果分析溫度場分析1焊接過程總共50s，取12s,30s,37s時的情況分析。模型焊接溫度場的三維分布圖形如圖所示：12s云紋圖30s云紋圖2

12、 12s時，焊縫直線上的溫度分布如下：分析：熔池位置的橫向應(yīng)力很小，這是由于此時材料軟化造成。電弧的前端位置為壓縮應(yīng)力，這是由于該處材料受熱膨脹，而受周圍材料壓縮導(dǎo)致。2觀察33方向的應(yīng)力，在本模型中為焊接縱向應(yīng)力，如下圖所示為焊接12s時的縱向應(yīng)力。三、思考題1. 建模過程中經(jīng)常會遇到什么問題，如何解決？答：問題1：對于雙道焊縫，如何使兩條焊縫同時焊接與順序焊接？解決：如果是兩條焊縫順序焊接，則需定義兩個loadcase1和loadcase2。如果是兩條焊縫同時焊接，則只需定義一個loadcase1。即可達(dá)到目標(biāo)。問題2：建模過程中，線劃分不符合原來設(shè)計要求，即不是從遠(yuǎn)離焊縫處到焊縫近處漸變

13、的；網(wǎng)格劃分時提示找不到閉合的單元。解決：劃線時注意連接點(diǎn)的順序，偏置系數(shù)小于1時，連線的方向就是劃分時從密到疏的方向。網(wǎng)格劃分找不到閉合單元因為線與線的交點(diǎn)不明確，框選的單元不是完整單元，還有可能是顯示器的問題，把圖放大后再框選就沒有這個問題了。2.如何進(jìn)行熱源校核，其目的是什么？答：熱源校核就是熱模擬，流程包括建模，輸入材料性能，確定焊接路徑，焊道，施加邊界條件，設(shè)置工況，定義作業(yè)。熱過程的數(shù)值模擬可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計，減少試驗工作量，提高焊接接頭質(zhì)量。3. 焊接參數(shù)如何定義，常會遇到什么問題？答：焊接參數(shù)根據(jù)選擇的焊接方法和工件厚度定義。選擇tig焊的方法，焊接效率是0.7，開始選擇的熱源輸入為200x20=4000