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?；A(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，計算出各個點坐標(biāo)。（建立模型過程中采用國際單位制m）（1）生成點PTS: ADD0 0 0 0.08 0 00.1 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 （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，右鍵確定運用SUBDIVIDEDIVISIONSx y zBIAS FACTORSx y zCURVES 對其余的邊線進行網(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)點到板的中心，得到下圖：下面進行網(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 7800RETURN 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)點法，選擇起弧點和節(jié)弧點。ORIENTATION INPUT METHOD NODES ADD并選擇三角形直角頂點上的點。兩條焊縫都要定義。NEW（weldpath2）PATH INPUT METHOD NODES:ADD在模型上，利用節(jié)點法，選擇起弧點和節(jié)弧點。ORIENTATION INPUT METHOD NODES ADD并選擇三角形直角頂點上的點。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 OK (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NEWMECHANICALFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT XNODES ADD選擇上搭接板上的節(jié)點，確定 （apply4)NEWMECHANICALFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT YNODES ADD選擇下搭接板上表面的節(jié)點，確定 （apply5）NEWMECHANICALFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT ZNODES ADD選擇下搭接板下表面的節(jié)點，確定 （apply6）6. 設(shè)置工況1 定義焊接過程LOADCASESNEW（loadcase1）COUPLEDQUASI-STATICLOADS：點掉apply2CONVERGENCE TESTING 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：點掉apply1CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERATURE 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: TEMPERATUREPARAMETERSMAX #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 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，觀察模擬結(jié)果，工件上最高溫度達到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，提出任一時刻任一位置的溫度場數(shù)據(jù)？答：打開模擬結(jié)果，SKIP TO INC，輸入任一時刻，即可得到提出此刻時的溫度場數(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