ansys焊接模擬單元
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys焊接模擬單元的視頻教程
焊接+ANSYS APDL+生死單元+熱力耦合
運(yùn)用ANSYS二次開發(fā) APDL語(yǔ)言編輯出參數(shù)化程序建立焊接模型、控制和劃分網(wǎng)格、 定義材料參數(shù)、施加載荷與邊界條件、分析控制以及求解等完成有限元溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)分析全部過(guò)程。利用生死單元循環(huán)算法技術(shù)控制單元“生死”的激活來(lái)模擬焊接過(guò)程，通過(guò)控制單元激活的時(shí)間間隔控制焊接速度，結(jié)合間接熱力耦合原理，對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行熱力仿真。
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ABAQUS焊接模擬-移動(dòng)熱源（DFLUX）-平板對(duì)接不帶生死單元
ABAQUS平板對(duì)接（TIG）不帶生死單元。此教程為焊接入門教程，教程里面的工藝參數(shù)等均為假設(shè)，旨在教大家方法、焊接基本操作等，大家要根據(jù)自己的實(shí)際焊接工藝參數(shù)等來(lái)模擬，這樣才能得到相對(duì)正確的結(jié)果。收點(diǎn)錢是為了不讓大家成為資料搜集者，放收藏夾不看是沒(méi)用的，花點(diǎn)錢心疼畢竟能看兩眼。如若大家有解決不了的焊接問(wèn)題歡迎找我討論，如需代做也可以找我。
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ansys焊接模擬單元的實(shí)例教程
ANSYS的生死單元模擬焊接過(guò)程
1 概述
焊接模擬計(jì)算在CAE仿真是比較大的一塊內(nèi)容，也是比較復(fù)雜的一個(gè)過(guò)程，幾個(gè)比較關(guān)鍵的問(wèn)題是熱源函數(shù)的描述、單元的融覆、熱源的移動(dòng)等等，通過(guò)單純的GUI操作，無(wú)論使ANSYS還是Abaqus都不大可能完成這個(gè)過(guò)程，通常需要借助軟件的內(nèi)置語(yǔ)言。
本次主要介紹單元生死的應(yīng)用，單元生死主要用于單元缺失的場(chǎng)合，比如凝固溶解過(guò)程，斷裂過(guò)程，焊接過(guò)程等等，這些過(guò)程都是非線性或者時(shí)間歷程過(guò)程，計(jì)算需要很多子步和迭代，為了在此過(guò)程中避免一遍一遍修改單元，便引入生死單元的概念，通俗的講就是通過(guò)一些方法讓單元失效，具體的改變是單元的彈性模量的改變，當(dāng)單元死時(shí)，修改其彈性模量為非常小的值，讓其在求解過(guò)程中不起作用。
詳細(xì)地說(shuō)，激活單元死這個(gè)狀態(tài)時(shí)，ANSYS程序?qū)?em>單元剛度矩陣乘以很小的因子，程序默認(rèn)值為1E-6，死單元的單元載荷為0，從而不對(duì)載荷向量生效，同樣的，死單元的質(zhì)量、阻尼、比熱等等參數(shù)也設(shè)置為0，單元的應(yīng)力應(yīng)變也因此為0。
2 前處理
前處理包括單元定義、材料定義和建模，單元定義是需要注意單元屬性，此次定義13號(hào)二維耦合單元，具有溫度和位移自由度。
材料屬性包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和熱參數(shù)，具體包含彈性模量，泊松比，屈服強(qiáng)度，塑性屬性，材料密度，熱膨脹系數(shù)，熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱容。焊接時(shí)溫度較高，定義材料通常需要定義多個(gè)溫度下的值。
展開 在ansys計(jì)算過(guò)程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實(shí)體，模型中對(duì)應(yīng)實(shí)體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項(xiàng)就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。
例如，在焊接分析過(guò)程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應(yīng)用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺?em>單元對(duì)應(yīng)的實(shí)體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過(guò)將其剛度矩陣，或者傳導(dǎo)矩陣（對(duì)應(yīng)于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認(rèn)值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對(duì)載荷向量生效，等效于將單元殺死；
同樣，當(dāng)一個(gè)單元被重新激活時(shí)，其剛度，單元載荷等恢復(fù)其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒(méi)有應(yīng)變記錄，在熱分析里面沒(méi)有熱量存儲(chǔ)。需要注意的是，生死單元對(duì)大部分單元可以應(yīng)用，然而對(duì)某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計(jì)算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應(yīng)力值大于材料屈服強(qiáng)度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應(yīng)的單元進(jìn)行殺死，繼而返回到求解器進(jìn)行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長(zhǎng)過(guò)程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應(yīng)的分析過(guò)程是一致的，主要包括三個(gè)步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
現(xiàn)通過(guò)ansys焊接過(guò)程，講解生死單元的應(yīng)用。
兩個(gè)平板進(jìn)行對(duì)接，采用V型坡口。在焊接的過(guò)程中，焊料不斷加入坡口，進(jìn)行焊接。平板溫度采用20℃，焊料溫度采用1500℃。
展開 例如，在焊接分析過(guò)程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應(yīng)用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項(xiàng)應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺?em>單元對(duì)應(yīng)的實(shí)體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過(guò)將其剛度矩陣，或者傳導(dǎo)矩陣（對(duì)應(yīng)于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認(rèn)值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對(duì)載荷向量生效，等效于將單元殺死；同樣，當(dāng)一個(gè)單元被重新激活時(shí)，其剛度，單元載荷等恢復(fù)其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒(méi)有應(yīng)變記錄，在熱分析里面沒(méi)有熱量存儲(chǔ)。需要注意的是，生死單元對(duì)大部分單元可以應(yīng)用，然而對(duì)某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計(jì)算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應(yīng)力值大于材料屈服強(qiáng)度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應(yīng)的單元進(jìn)行殺死，繼而返回到求解器進(jìn)行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長(zhǎng)過(guò)程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應(yīng)的分析過(guò)程是一致的，主要包括三個(gè)步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
今年隨著ANSYS19.0的推出，也帶來(lái)了一個(gè)好消息：ANSYS V19.0在Workbench界面下新增了網(wǎng)格生死功能。以往我們只能在經(jīng)典界面下進(jìn)行網(wǎng)格生死操作，或者在Workbench界面下借助APDL來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格生死，這種操作既不方便又容易出錯(cuò)。V19.0以后的版本用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的菜單操作在WB界面下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格生死功能。
展開 <p><br></p><p>焊接模擬事實(shí)上現(xiàn)在還算比較成熟了，不論使用ansys或者abaqus，有大量的研究工作者做在做著這方面的工作，而且取得了不少驚人的成果。</p><p>然而，一直以來(lái)，無(wú)論哪個(gè)行業(yè)都有新人的加入，他們對(duì)這些并不熟悉，除了專業(yè)的焊接知識(shí)外還要學(xué)習(xí)軟件及二次開發(fā)的只是，因?yàn)槭褂胊baqus做焊接，熱源的加入必須通過(guò)編寫子程序，而這些對(duì)于初學(xué)者還是需要花費(fèi)大量的時(shí)間做功課的。</p><p>為了幫助大家快速地入手abaqus焊接有限元分析，一個(gè)沒(méi)有使用生死單元的例子奉上，結(jié)果圖附上，具體文件如果有需要的可以站內(nèi)聯(lián)系，希望能幫助學(xué)習(xí)焊接的人。</p><p>對(duì)于生死單元的使用，abaqus中對(duì)應(yīng)的命令是*model change，網(wǎng)絡(luò)上其實(shí)也有不少例子，本帖的作用是幫助看到本帖的焊接新人可以更快速入門。</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201808/b3efce86e7434bb8b766a3544bda0a51.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/201808/b3efce86e7434bb8b766a3544bda0a51.jpg?image_process=/format,webp/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/201808/b3efce86e7434bb8b766a3544bda0a51.jpg?
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對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中承受非線性彈簧單元Combin39的實(shí)際應(yīng)用。
在ANSYS Workbench里提供了兩種方法，一種是WB的雙向彈簧，輸入數(shù)據(jù)表格，其本質(zhì)上采用是LINK8單元進(jìn)行模擬，而不是非線性彈簧combin39。
而利用Combin39單元，需要建立彈簧單元后，插入命令流來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于只承受壓縮載荷的力-位移曲線，輸入到最后，是需要稍等小的正位移和正力數(shù)值。
問(wèn)題：
工程中兩個(gè)零部件之間經(jīng)常會(huì)有配合間隙，Ansys Workbench中可以使用combin39號(hào)非線性單元，通過(guò)控制不同行程的彈簧剛度來(lái)模擬間隙配合。
模型示例：
設(shè)定支座與軸有1mm的配合間隙，在一端施加X(jué)向100N作用力，查看運(yùn)動(dòng)位移。
計(jì)算步驟：
1. 在間隙配合位置，建立jiont連接，放開X向平動(dòng)自由度。
2. 在間隙配合位置，建立spring連接，同時(shí)插入Commands
?
ansys Workbench 靜應(yīng)力模塊，利用生死單元技術(shù)結(jié)合APDL命令，模擬轉(zhuǎn)軸最大扭力
示例：要求計(jì)算轉(zhuǎn)軸所能承受的最大扭轉(zhuǎn)力矩，轉(zhuǎn)軸抗拉強(qiáng)度1230MPa
模型如下： 中間最細(xì)位置R=3
Workbench計(jì)算時(shí)，左側(cè)固定。右側(cè)面施加圓轉(zhuǎn)位移。
效果展示
?
操作過(guò)程：
首先，初步計(jì)算轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)多少會(huì)接近許用最大值1000Mpa。確定初始載荷大小。
當(dāng)加載
ANSYS采用界面單元用于復(fù)合材料分層模擬時(shí)，如何判斷損傷起始和完全分離
。官網(wǎng)案例也沒(méi)有給出說(shuō)明，缺乏相應(yīng)的理論說(shuō)明。
本文主要是嘗試通過(guò)USDFLD子程序來(lái)替代ModelChange進(jìn)行帶焊縫的焊接仿真。通過(guò)USDFLD子程序?qū)崿F(xiàn)類似于生死單元的效果，將激活單元的操作通過(guò)改變材料屬性（模量等）來(lái)實(shí)現(xiàn)，與model change相比操作相對(duì)簡(jiǎn)單。
移動(dòng)熱源采用表面高斯熱源
材料本構(gòu)采用Johnson-cook
鋼箱梁是我國(guó)當(dāng)今橋梁建設(shè)中的主要梁結(jié)構(gòu)，在建與已建橋梁中有很大部分橋梁的上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁。而鋼箱梁一般是由工廠預(yù)制加工的，加工過(guò)程中必然會(huì)有鋼板間的接縫需要進(jìn)行焊接，使兩塊獨(dú)立的鋼板焊接成一個(gè)整體。在鋼箱梁的鋼板焊縫焊接過(guò)程中，移動(dòng)的焊頭會(huì)在瞬間產(chǎn)生高度集中的熱量輸入，熱量的快速集中輸入會(huì)導(dǎo)致鋼板溫度的驟升與驟降。鋼屬于一種溫度敏感型的材料，受熱升溫時(shí)其體積會(huì)膨脹，降溫時(shí)體積會(huì)收縮，體積的變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布的變化
<p><br></p><p>焊接模擬事實(shí)上現(xiàn)在還算比較成熟了，不論使用ansys或者abaqus，有大量的研究工作者做在做著這方面的工作，而且取得了不少驚人的成果。</p><p>然而，一直以來(lái)，無(wú)論哪個(gè)行業(yè)都有新人的加入，他們對(duì)這些并不熟悉，除了專業(yè)的焊接知識(shí)外還要學(xué)習(xí)軟件及二次開發(fā)的只是，因?yàn)槭褂胊baqus做焊接，熱源的加入必須通過(guò)編寫子程序，而這些對(duì)于初學(xué)者還是需要花費(fèi)大量的時(shí)間做功課的。</
焊接幾何模型如下圖所示，左右兩側(cè)90度扇區(qū)為焊接材料，其余為鋼板材料。其他更多已知條件請(qǐng)參考命令流，這里不再贅述。
網(wǎng)格單元
本實(shí)例中順序焊接分為如下步驟：
第一步0-1秒：右側(cè)焊接穩(wěn)態(tài)分析（殺死左焊縫，施加右焊縫溫度和焊接件參考溫度）
第二步1-100秒：相變分析（刪除溫度載荷，施加對(duì)流熱傳導(dǎo)）
第三步100-1000秒：右側(cè)焊縫凝固分析
第四步1000
請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)有基于FLUENT的GMAW熔池模擬的視頻教程呀？小弟剛剛接觸Fluent，望大神求帶。
部分朋友反應(yīng)在采用殼單元進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)不知如何提取殼單元的截面內(nèi)力，今日水哥就殼單元的截面內(nèi)力提取方法簡(jiǎn)單說(shuō)明下，供諸君參考一二。
首先講講殼單元的應(yīng)力和內(nèi)力輸出。
薄殼單元和中厚板殼單元應(yīng)力和內(nèi)力的輸出項(xiàng)目不盡相同，對(duì)于薄殼單元如 SHELL63 就不輸出次要應(yīng)力（τxz、τyz）和內(nèi)力（Nx、Ny），而中厚板殼單元?jiǎng)t輸出這些應(yīng)力和內(nèi)力。
注意，殼單元的內(nèi)力輸出均是相對(duì)于單元坐標(biāo)系
