chap5-SYSWELD焊接模拟范例——T型接头

焊接CAE主讲：匡唐清华东交通大学机电工程学院材料工程系焊接模拟范例——T型接头主要内容研究对象模拟流程模拟方法热源校核焊接向导设置及求解后处理T型接头焊接模拟材料–steels355j2g3研究对象31–焊接模拟的准备在使用焊接顾问前已提供了网格，网格定义了结构几何形状，并应包含组（定义迹线的1D单元，定义热交换的2D单元）提供了材料数据并存入材料数据库提供了热交换系数、热源和变量数据并存入函数数据库模拟流程42–工艺参数调节:在SYSWELD中，热源由函数表示，该函数定义了施加在结构单元上的能量密度该数据不是与工艺数据（电流强度、电压等）直接关联，需要调整以反映工艺中制件上实际的热循环。可利用专用工具Heatinputfittingtool热输入拟合工具来进行热源校核5模拟流程3–通过WeldingWizard焊接向导定义焊接问题应输入以下数据组件材料属性参数移动热源（迹线、速度、强度）热/力边界条件初始温度和材料组织成分求解器参数借助材料库、函数库和专用组名来建立要求解的问题所有输入数据都存放在工程文件中，可导入、修改和保存6模拟流程模拟向导会话保存后：从材料库和函数库中提取出所需要的材料属性和函数得到可由求解器解析的命令文件PROJECT_NAME_*.DAT(也称“工程文件”)，该文件包括材料属性应用、载荷和网格约束以及问题求解顺序。7模拟流程4–问题的有限元求解焊接向导会话后，可通过输入面板定义焊接问题，并提供计算所需的数值参数用户应知道的是这些参数保证了连续性和精度，但没顾及到精度（计算时间），必须根据材料和工艺来调节。在此背景下，网格文件和工程文件顺序载入，求解器逐行的解析并执行写在工程文件中的命令。8模拟流程5–后处理和结果分析求解完成后，自动生成后处理文件可查看整个工艺过程中材料的热历程和组织转变，以及变形、反应、应力、应变、塑性应变及其他与材料行为有关的结果。SYSWELDPost-Processor为后处理专用工具9模拟流程在SYSWELD中可以进行两类模拟逐步(stepbystep)计算：模拟热源从迹线起始到终点如果焊接接头是固定/定常的，可利用移动坐标系(movingreferenceframe)法来简化问题。考虑到问题的固定/定常属性，焊接接头约90%是在一步内计算，其他10%是通过逐步法来计算。本例采用第二种方法。焊接模拟方法101-建立网格2–加载材料库2-定义工艺过程参数（热源，材料）3-检查热源4-运行模拟5-检查结果6-保存热源到函数库7-保存库HSF热源校核11网格划分1213切换到焊接向导(WeldingAdvisor)141234567Geometry：先建2D截面，后拉伸为3DPre-defined——预定义的接头模型Custom——用户自定义接头模型.cmd(Init)——初始设置.PAR(Modify)——对已保存的参数文件进行修改1512161321721保存后，自动生成包含热源所有参数的*.PAR参数文件，若需修改参数，载入该*.PAR文件并修改即可1813241912–自动生成2D网格并显示202112221322321241–由2D网格自动生成3D网格并显示251加载材料数据库26Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.271254—载入材料数据库328123546–把材料性质赋值给接头组件29重复前面操作定义组C2_3D和BEAD的材料12热源参数3031345–热源参数和热源能量定义12分析与热源参数拟合323312345–热源定义的输入数据存储并执行计算1234–默认的热源函数号56789–热源显示以供检查35热源定义36计算完后，能量方程参数更新，施加在结构上的总能量作为计算更新的输入参数(4500W)1371237–写入输入的热源参数并进行计算，自动生成后处理的温度云图，用户可以和实验结果进行比较456检查结果38Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.39温度云图热影响区熔融区Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.40126345Copyright©ESIGroup,2012.Allrightsreserved.41熔融区热影响区42修改热源参数2-编辑参数3–替换原参数4-重新计算，进行对比，直到和实际相一致1–选择热源函数保存热源到函数库432–保存热源函数到函数库134–查看数据库内容保存了两个函数:对标准焊接对焊接线媒体使用45162345-保存热源参数到工作目录下函数库文件中，文件名（如hsf.fct）热源校核完成，保存到函数库中供WeldingWizard焊接向导使用热源校核46T型接头前处理47网格定义48在使用WeldingWizard焊接向导前，在当前数据库中应该已有网格及节点或单元组3D单元组定义组件2D单元组定义与环境的热交换面1D单元组定义热源迹线节点组网格说明493D单元组——组件50C1_3DC2_3DBEAD1D单元——定义热源51迹线TRAJECTORY1D单元组定义热源迹线参考线REFERENCE1D单元组，用于定义热源的局部坐标系起始节点STARTNODES终止节点STOPNODESSTARTLMS2D单元组——热交换面52SKIN节点组——定义约束53夹持的节点节点组——稳态计算54FRONT节点组定义稳态计算时的初始条件20℃接下来检查本模拟中定义的组作为练习，希望用户：导入HeatSourceFittingtool热源拟合工具创建并存储在文件HSF_DATA100.TIT中的网格显示查看所有定义的组检查组555612347–导入网格56571342567–屏幕上显示C1_3D组的单元89WeldingAdvisor焊接向导初始化5859切换到WeldingAdvisor601定义工程名Reference:“TJOINT”Title:WeldingSimulationofTjoint加载:材料数据库包含热源和散热函数的函数库焊接向导工作流程61定义工程名6212载入材料数据库63载入材料库64加载材料库加载材料库65加载工作目录下的材料库文件w_s355j2g3.mat检查材料库内容66通过点击‘Seecontent’可以查看数据库内容材料S355J2G3载入函数库67加载函数库68加载函数库加载函数库69加载工作目录下函数库文件hsf.fct检查函数库内容70点击‘Seecontent’查看数据库内容散热函数‘CONVECTIVEANDRADIATIVELOSSESmm’和热源函数‘SOURCE_TTS(Medium)加载网格71加载网格72加载网格名为HSF_DATA100.TIT焊接向导界面操作73计算类型7412稳态计算选项，针对线性焊接迹线7515267-选择材料S355J2G3的热物性参数34材料性质7623-选择钢S355J2G3的力学属性14–定义组C1_3D的材料属性材料性质77重复操作定义组C2_3D和BEAD的性质材料性质7812346587910焊接操作描述热边界条件7912534678指定温度ImposedTemperature80对组FRONT指定温度ImposedTemperature(20℃)，定义稳态计算的边界条件5213468141夹持条件阻止刚性体运动23力学边界条件——夹持求解参数82213初始时间Initialtime和结束时间finaltime相同，因为整个工艺通过寻求稳态searchingthesteadystate在1步内模拟该时间需考虑焊接介质的起始时间startingtime采用存放在工作路径的预定义的求解器参数文件4567883所有工艺参数都保存在项目文件TJOINT.prj中，通过向导Wizard自动生成SYSWELD的输入数据保存项目随项目TJOINT一起保存的文件有:TJOINT_MESH_DATA1000.ASC:ASCII格式的网格，包括所有计算所需的组TJOINT_METALLURGY.DAT:该文件包含依赖于温度和相的相变动力学属性和热材料属性TJOINT_HT.DAT:该文件添加热属性和载荷到网格TJOINT_HT_C.DAT:执行热-金相分析的文件TJOINT_MECH.DAT:该文件添加力学属性和载荷到网格TJOINT_MECH_C.DAT:执行力学分析的文件文件保存84检查保存在项目文件中的工艺数据858614325687188128912345期望的功率为4500W9012345678显示定义的热源91321边界条件的定义92123检查材料属性问题的求解93问题的求解94点击Solve导入TJOINT项目12Performthesolutionoftheproblem951模拟的稳态计算部分在当前的PC机上需约半小时重启瞬态计算以模拟焊接结束时及冷却96971239831–重启过程restartprocedure名，对第一个重启名为projectName-1，第二个重启名为ProjectName-2，以此类推2焊接操作描述99123100123对瞬态焊接模拟，无需施加常数温度1011234756为分析的瞬态计算部分指定求解参数文件*.par激活Postprocessing以使在分析结束时计算结果能自动转为后处理文件问题求解1021点击Solve导入TJOINT-1项目2Performthesolutionoftheproblem1031模拟的瞬态计算部分在当前的PC机上需约1小时T型接头后处理104计算完成后，热分析结果存放在文件TJOINT_TRAN1000.TIT中，力学分析结果存放在TJOINT_TRAN2000.TIT中计算过程中，存放在两文件中的结果数据自动转换为后处理格式，转换后的数据保存在文件TJOINT_V_POST1000.fdb（热分析结果）和TJOINT_V_POST2000.fdb（力学分析结果）用户也可很方便地手动进行结果转换（仅对选定的组和选定的时间步，可减少需进行后处理的数据量）结果转换105转换后，源自单元中心或高斯点的结果外推到单元节点，并在结构节点处平均平均后，在单元、积分点、单元节点和结构节点上的结果都可用外推extrapolation/平均averaging操作有多种选择（详见后处理和平均post-processingandaveraging的在线帮助或ToolboxCD-ROM中的课件SoftwareArchitecture*.ppt,Backgroud_results*.ppt或ResultsEffectiveFormat*.ppt）结果平均106结果平均107平均(热-金相结果)108•在Averaging对话框中导入结果集TJOINT-1_V1000•选择单元组‘C1_3D’,‘C2_3D’and‘BEAD’•激活‘Averaging’,‘Threshold’,‘Atintegrationpoints’和‘Atnodes’•选择PHASE_PROPORTIONS热-金相结果109导入后处理文件110•‘Postprocessing-Display•选择文件或输入后处理文件的编号及文件名•‘OK’选择时间步和结果类型111•显示所有保存的时间步•点击‘All’处理所有时间步•显示计算结果类型•选择某结果。第一个结果为节点处温度TEMPERATURE(Atnodes)•‘OK’等值色带方式显示节点温度112•选择结果TEMPERATURE(Atnodes)•选择所有时间步•选择组名‘LOCAL’•选择后处理类型为Contours’•在‘Operators’中选择结果类型‘Temp’•在‘Listofloads’中选择时间步timestep7.5s•‘OK’等值色带方式显示节点温度113修改对象显