研究生課程考核十字接頭雙側(cè)填絲焊接

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1、 2014年 春 季學(xué)期研究生課程考核 （研究報(bào)告） 考核科目 : 焊接過(guò)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(hào) ****** 學(xué) 生 類(lèi) 別 學(xué)術(shù)型 考核結(jié)果 閱卷人 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解焊接熱過(guò)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

2、熱過(guò)程的數(shù)值模擬。 二、實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度為40mm，計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)。（建立模型過(guò)程中采用國(guó)際單位制m） （1）生成點(diǎn) PTS: ADD 0 0 0 0.08 0 0 0.1 0 0 0.12 0 0 DUPLICATE TRANSLATIONS 0 0.006 0 POINTS ALL: EXIST PTS: ADD 0.074 0.006 0 0.126 0.006 0 0.2 0.006 0 DUPLICATE

3、TRANSLATIONS 0 0.006 0 POINTS 選擇需要復(fù)制的四個(gè)點(diǎn) （右鍵確定） （2）連線(xiàn)，生成二維模型如下圖（1）所示： （3）二維網(wǎng)格劃分 運(yùn)用AUTOMESH CURVE DIVISIONS FIX # DIVISIONS: #DIVISIONS4 APLLY CURVE DIVISIONS 選擇圖形中兩個(gè)小三角形的邊界，右鍵確定 運(yùn)用SUBDIVIDE DIVISIONS x y z BIAS FACTORS x y z CURVES 對(duì)其余的邊線(xiàn)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

4、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。 AUTOMESH 2D PLANAR MESHING QUAD 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 EXPAND TRANSLATIONS 0 0 0.002 REPETITION 25 ELEMENT ALL:EXIST RETURN SWEEP: ALL RETURN RENUMBER: ALL 得到的三維實(shí)體網(wǎng)格如下圖所示

5、： SELECT ELEMETS：SETTING STORE SET1 選擇焊道單元，確定 ELEMETS：SETTING STORE SET2 選擇焊道單元，確定 2. 施加材料性能 MATERIAL PROPERTIES ISOTROPIC YOUNGER’S MODULUS 2.1E11 POISSON’S RATIO 0.33 MASS DENSITY 7800 PLASTICITY:ELASTIC-PLASTIC INITIAL YIELD 2.5E8 RETURN THERMAL EXP. 1.2E-5 RETURN RET

6、URN 如圖所示： HEAT TRANSFER CONDUCTIVITY 40 RETURN SPECIFIC HEAT 500 RETURN MASS DENSITY 7800 RETURN 如圖所示： ADD ALL: EXIST RETURN 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 TOOLS WELD PATHS NEW（weldpath1） PATH INPUT METHOD NODES:ADD 在模型上，利用節(jié)點(diǎn)法

7、，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 NODES ADD 并選擇三角形直角頂點(diǎn)上的點(diǎn)。 4. 建立焊道 WELD FILLERS NEW ELEMENTS ADD SET SET1 NEW ELEMENTS ADD

8、SET SET2 5. 施加邊界條件 1焊接溫度場(chǎng)的邊界條件 BOUNDARY CONDITIONS NEW THERMAL MORE VOLUME WELD FLUX FLUX POWER 2600 EFFICIENCY 0.7 WIDTH 0.006 DEPTH 0.005 FORWARD LENGTH 0.003 REAR LENGTH 0.015 VELOCITY 0.002 WELD PATH Weldpath1 ELEMENT Add ALL:SET SET1 OK (apply1)

9、NEW THERMAL MORE VOLUME WELD FLUX FLUX POWER 2600 EFFICIENCY 0.7 WIDTH 0.006 DEPTH 0.005 FORWARD LENGTH 0.003 REAR LENGTH 0.015 VELOCITY 0.002 WELD PATH Weldpath1 ELEMENT Add ALL:SET SET1 OK (apply2) NEW RETURN FACE FILM FILM COEFFICIENT 40 SINK TE

10、MPERATURE 20 RETURN FACES ADD 框選法確定所有外表面。 2 焊接應(yīng)力場(chǎng)的邊界條件 NEW MECHANICAL FIX DISPLACEMENT DISPLACEMENT X NODES ADD 選擇上搭接板上的節(jié)點(diǎn)，確定 （apply4) NEW MECHANICAL FIX DISPLACEMENT DISPLACEMENT Y NODES ADD 選擇下搭接板上表面的節(jié)點(diǎn)，確定 （apply5） NEW MECHANICAL FIX DISPLA

11、CEMENT DISPLACEMENT Z NODES 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(guò)程 LOADCASES NEW（loadcase1） COUPLED QUASI-STATIC LOADS：點(diǎn)掉apply2 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30

12、 RETURN TOTAL LOADCASE TIME 25 CONSTANT TIME STEP PARAMETERS #STEPS 25 OK OK NEW（loadcase2） COUPLED QUASI-STATIC LOADS：點(diǎn)掉apply1 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ER

13、ROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30 RETURN TOTAL LOADCASE TIME 25 CONSTANT TIME STEP PARAMETERS #STEPS 25 OK OK 2 定義冷卻過(guò)程 NEW QUASI-STATIC LOADS:取消apply1 apply2 CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1

14、 MAX ERROR IN TEMPERATURE ESTIMATE 30 OK TOTAL LOADCASE TIME 5000 ADAPTIVE: TEMPERATURE PARAMETERS MAX #INCREMENTS 500 INITIAL TIME STEP 1 OK OK 7. 定義作業(yè) JOBS COUPLES AVAILABLE Lcase1 Lcase2 Lcase3 ANALYSIS

15、 OPTIONS PLASTICITY PROCEDURE: SMALL STRAIN LUMPEDMASS & CAPACITY OK JOB RESULTS STRESS Equivalent Von Mises Stress OK RUN SUBMIT(1) Monitor 8. 結(jié)果分析 溫度場(chǎng)分析 1焊接過(guò)程總共50S，取12S,30S,37S時(shí)的情況分析。模型焊接溫度場(chǎng)的三維分布圖形如圖所示： 12S云紋圖 30S云紋圖 2 12S時(shí)，焊縫直線(xiàn)上的溫度分布如下

16、： 分析： 熔池位置的橫向應(yīng)力很小，這是由于此時(shí)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?chē)牧蠅嚎s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(shí)的縱向應(yīng)力。 三、思考題 1. 建模過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到什么問(wèn)題，如何解決？ 答：?jiǎn)栴}1：對(duì)于雙道焊縫，如何使兩條焊縫同時(shí)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(gè)loadcase1和loadcase2。如果是兩條焊縫同時(shí)焊接，則只需定義一個(gè)loadcase1。即可達(dá)到目標(biāo)。 問(wèn)題2：建模過(guò)程中，線(xiàn)劃分不符合原來(lái)設(shè)計(jì)要求，即不是從遠(yuǎn)離焊縫處到焊縫

17、近處漸變的；網(wǎng)格劃分時(shí)提示找不到閉合的單元。 解決：劃線(xiàn)時(shí)注意連接點(diǎn)的順序，偏置系數(shù)小于1時(shí)，連線(xiàn)的方向就是劃分時(shí)從密到疏的方向。網(wǎng)格劃分找不到閉合單元因?yàn)榫€(xiàn)與線(xiàn)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(wèn)題，把圖放大后再框選就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)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(guò)程的數(shù)值模擬可以?xún)?yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)，減少試驗(yàn)工作量，提高焊接接頭質(zhì)量。 3. 焊接參數(shù)如何定義，常會(huì)遇到什么問(wèn)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(kāi)始選擇的熱源輸入為200x20=4000，觀察模擬結(jié)果，工件上最高溫度達(dá)到2500℃，所以就降低熱輸入到2400，觀察熔池形狀和尺寸，太小，最后調(diào)整到2600，此外，還可以通過(guò)調(diào)整焊接速度調(diào)整熱輸入。 4.如何利用模擬得到的結(jié)果，提出任一時(shí)刻任一位置的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)？ 答：打開(kāi)模擬結(jié)果，SKIP TO INC，輸入任一時(shí)刻，即可得到提出此刻時(shí)的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。想觀察任意位置的溫度，選擇此位置一側(cè)的單元，MAKE INVISIBLE，然后調(diào)整視圖即可看到溫度截面。 16