ABAQUS基于顺序热力耦合的平板焊接仿真

模型及工艺参数


对于平板焊接模型，采用网格模型描述，具体参数设定如下：




平板厚度：3mm


长宽：100mm


由于具有对称性，仅取1/2模型计算

为保证计算精度，保证在焊接熔池长度上至少有4个网格对齐，焊缝区域采用小于1mm的网格尺寸，而远离焊缝区域则逐渐增大网格间距进行过渡。

焊接工艺参数选定：


焊接总功率：Q = 1000W


焊接效率：η = 0.57


焊接速度：v = 5mm/s


焊接材料特性

使用的材料为IN718，其热传导、比热容、密度等属性随温度变化。表征材料在不同温度状态下的具体参数，以确保分析的准确性和真实性能。在热传导分析中，材料参数包括导热系数、比热容和密度；而在应力分析中，考虑到弹性模量、泊松比、平均热膨胀系数以及固有屈服强度等属性。

焊接热源模型


选择适合的焊接热源模型，并设定：


热源形式：圆形面热源

温度随时间分布：热源热流密度通过用户子程序DFLUX计算和施加，初期热源位于(r,0,0)坐标原点，半径r = 4mm

实验仿真部分可能涉及的Fortran程序细节，这里不展开讨论。


焊接温度场计算

导入ABAQUS，定义IN718材料参数，包括密度、导热系数及比热容。在模型的装配模块中插入１/２平板模型。步骤模块定义包含两个步骤：

1. 第一步分析：热传导分析，设定计算时间t = 21s，确保热源完全通过平板。

2. 第二步分析：焊接完成后快速冷却，设定计算时间t = 1000s。


温度增量步设置用于控制计算过程：

第一步中初始增量步为0.1，最大增量步为5，最小增量步为1E5，允许的最大温升设定为500ºC。

第二步中初始增量步为0.001，最大增量步为1000，最小增量步依然为1E5，允许的最大温升同样为500ºC。

在仿射模块定义对流边界条件，并设定对流换热系数及周围环境温度。负载模块添加热流密度分布，并将作用范围限制在热源区域。

温度场分布

计算得到的焊接温度场包含温度场分布（如t=14s时的平板温度温度）及热循环曲线。细节包括焊接熔池的形貌分析，尤其是焊接过程的侧面视图揭示了焊接熔池的特性及冷却过程中的热量分布。

应力场计算

在弹塑性应力分析第一步（模拟焊接过程），定义使用材料属性包括杨氏模量、泊松比、平均热膨胀系数以及屈服强度，考虑材料熔化情形，设定材料熔化温度为1240ºC，并在PAV中勾选Anneal Temperature以考虑温度变化影响。

最终应力分布结果

模拟得到的冷却状态下Von Mises应力分布揭示了焊接导致的翘曲变形及最高应力数分布区域。尤其关注焊缝区域，最大残余应力约为440MPa，与材料在常温下的屈服强度相近。

此过程不仅展示了ABAQUS在热传导与应力分析应用中的灵活性，而且通过顺序热力耦合方法有效预测了焊接过程中可能出现的热力耦合作用导致的复杂物理现象，为工程设计和分析提供了科学依据。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...