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傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法雖然可以直接測(cè)量殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)，但存在成本高、效率低、難以全面覆蓋焊接接頭等問(wèn)題。數(shù)值模擬技術(shù)通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，能夠在計(jì)算機(jī)上模擬焊接過(guò)程，預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)分布，為焊接工藝的優(yōu)化提供理論支持。重慶大學(xué)鄧教授研究團(tuán)隊(duì)基于Marc軟件，成功開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的計(jì)算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場(chǎng)、微觀結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力分布。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法雖然可以直接測(cè)量殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)，但存在成本高、效率低、難以全面覆蓋焊接接頭等問(wèn)題。數(shù)值模擬技術(shù)通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，能夠在計(jì)算機(jī)上模擬焊接過(guò)程，預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力和微觀結(jié)構(gòu)分布，為焊接工藝的優(yōu)化提供理論支持。重慶大學(xué)鄧教授研究團(tuán)隊(duì)基于Marc軟件，成功開(kāi)發(fā)了一種先進(jìn)的計(jì)算方法，用于模擬Q960E鋼焊接接頭的溫度場(chǎng)、微觀結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力分布。

第二階段將鉚釘連接的兩個(gè)零件拉伸增大成最大的零件，第一階段模型相當(dāng)于第二階段模型的一部分，然后將先前分析狀態(tài)的殘余應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)映射到新的模型中。本示例的目標(biāo)是展示新版本Marc在調(diào)用前分析狀態(tài)的功能改進(jìn)。兩個(gè)模型如圖1所示。初始模型用于執(zhí)行第一階段的鉚接形成分析。它將這個(gè)模型與從后處理文件中網(wǎng)格化的鉚釘網(wǎng)格結(jié)合起來(lái)如圖2所示。

十多年來(lái)，優(yōu)飛迪科技在數(shù)字孿生、工業(yè)軟件尤其仿真技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在這些領(lǐng)域擁有數(shù)十項(xiàng)獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)，優(yōu)飛迪科技也與國(guó)際和國(guó)內(nèi)的主要頭部工業(yè)軟件廠商建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系，能夠?yàn)榭蛻籼峁┩暾漠a(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)解決方案。

第二階段將鉚釘連接的兩個(gè)零件拉伸增大成最大的零件，第一階段模型相當(dāng)于第二階段模型的一部分，然后將先前分析狀態(tài)的殘余應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)映射到新的模型中。本示例的目標(biāo)是展示新版本Marc在調(diào)用前分析狀態(tài)的功能改進(jìn)。兩個(gè)模型如圖1所示。初始模型用于執(zhí)行第一階段的鉚接形成分析。它將這個(gè)模型與從后處理文件中網(wǎng)格化的鉚釘網(wǎng)格結(jié)合起來(lái)如圖2所示。

利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析計(jì)算，采用ANAND本構(gòu)模型描述焊錫的黏塑性行為，采用基于接觸的多點(diǎn)約束( Multi-point Constraint，MPC) 算法實(shí)現(xiàn)焊錫層與功能層的跨尺度自由度耦合。計(jì)算結(jié)果表明，焊接順序?qū)δK殘余應(yīng)力影響較小，各功能層的選材需要綜合考慮模塊變形及應(yīng)力安全裕度。

該模擬的結(jié)果給出模型中變形和殘余應(yīng)力的合理估計(jì)。本案例只介紹其直接定義法來(lái)完成，關(guān)于焊接運(yùn)動(dòng)學(xué)的定義參照案例“Marc2022.3 用戶手冊(cè) e125案例”。

殘余應(yīng)力輸出 (Residual Stress for Solid Elements) Digimat的殘余應(yīng)力結(jié)果是支持s2d文件格式，檔案內(nèi)容的儲(chǔ)存方式如下： 開(kāi)頭含有$符號(hào)的部分為一般批注訊息，應(yīng)力結(jié)果呈現(xiàn)方式如下：第一行是元素編號(hào)，接下來(lái)的六行是殘余應(yīng)力的張量結(jié)果，分別為：σ11, σ22, σ33, σ12, σ23和σ31。

</li></ul><p>隨后根據(jù)上述方式測(cè)得的應(yīng)變值，利用分析軟件計(jì)算主應(yīng)力及相關(guān)角度（莫爾圓），然后再以表格和圖形方式展示各個(gè)數(shù)據(jù)。

該模擬的結(jié)果給出模型中變形和殘余應(yīng)力的合理估計(jì)。本案例只介紹其直接定義法來(lái)完成，關(guān)于焊接運(yùn)動(dòng)學(xué)的定義參照案例“Marc2022.3 用戶手冊(cè) e125案例”。

Marc考慮了幾何、材料和接觸非線性情況，最后模擬得到部件的應(yīng)力和變形。

金屬多層結(jié)構(gòu)的熱分析感應(yīng)熱焊接宋金松海克斯康非線性CAE仿真專家從事非線性軟件Marc技術(shù)支持，具有20多年的CAE仿真工作經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)Adams計(jì)算得到的變形結(jié)果在每一時(shí)間步上被Marc所應(yīng)用，動(dòng)力學(xué)載荷又通過(guò)Marc軟件傳遞到Adams上被應(yīng)用。Marc考慮了幾何、材料和接觸非線性情況，最后模擬得到部件的應(yīng)力和變形。中心傳動(dòng)的Adams模型和兩個(gè)彈簧的Marc模型客戶受益萊頓的CAE工程師建立了典型的模擬方法，即在Marc中將左右彈簧建模為柔性體，其余的部件建為剛體。

圖3：密封塞在裝配后一小時(shí)、一天和一個(gè)月的接觸正應(yīng)力結(jié) 論通過(guò)使用Marc進(jìn)行非線性結(jié)構(gòu)分析，可以預(yù)測(cè)材料的行為，并在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳開(kāi)發(fā)質(zhì)量。這可以節(jié)省成本，因?yàn)闊o(wú)需制造復(fù)雜的原型。“借助Marc，可以基于反向工程的幾何形狀和測(cè)量的粘彈性材料數(shù)據(jù)，研究彈性體對(duì)密封面損壞的魯棒性”，Martin Züger總結(jié)道。

Caner Simsir等使用三維有限元軟件模擬了淬火過(guò)程，并且研究了考慮殘余應(yīng)力對(duì)軸對(duì)稱零件熱處理過(guò)程數(shù)值計(jì)算的影響[3]。Fukumoto等[4]通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)螺旋齒輪的滲碳和淬火過(guò)程的畸變進(jìn)行了研究。Lee等[5]研究了熱處理過(guò)程的力學(xué)性能變化，并使用ABAQUS軟件對(duì)HSLA鋼的熱處理過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真。

上述仿真分析流程包含3個(gè)步驟：01結(jié)構(gòu)焊接工藝仿真；02焊接工藝結(jié)果映射；03耦合結(jié)構(gòu)仿真分析軟件MSC Nastran，通過(guò)istress關(guān)鍵字引入焊接殘余應(yīng)力完成最終結(jié)構(gòu)分析，從而考慮焊接殘余應(yīng)力的影響。其中，焊接工藝仿真可以在工藝仿真軟件Simufact Welding中進(jìn)行，分析完成后獲得焊接工藝結(jié)果，包括殘余應(yīng)力、變形分布、溫度場(chǎng)等。

開(kāi)放的集成生態(tài)系統(tǒng)CAD無(wú)縫對(duì)接：支持CATIA、NX、Creo、SolidWorks等主流設(shè)計(jì)軟件CAE數(shù)據(jù)互通：與Abaqus、ANSYS等求解器數(shù)據(jù)兼容定制化開(kāi)發(fā)接口：提供Python、C++等語(yǔ)言的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境企業(yè)級(jí)部署：支持本地部署、私有云及混合云架構(gòu)二、行業(yè)應(yīng)用與價(jià)值案例MARC在多個(gè)高端制造與新興領(lǐng)域展現(xiàn)強(qiáng)大應(yīng)用價(jià)值：1.

Moldex3D 解決方案? 于FEA軟件前，直接選擇Digimat和Converse分析的輸出項(xiàng)? 支援ANSYS、ABAQUS、MSC-Nastran、Marc、LS-DYNA和Radioss之連續(xù)結(jié)構(gòu)分析? 為了滿足成型過(guò)程中由制程引起的變化，輸出項(xiàng)包括：o 纖維排向o 縫合線區(qū)域數(shù)據(jù)o 殘留應(yīng)力o Digimat-MAP允許映像殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)并將其視為機(jī)械模擬的輸入

Moldex3D 解決方案? 于FEA軟件前，直接選擇Digimat和Converse分析的輸出項(xiàng)? 支援ANSYS、ABAQUS、MSC-Nastran、Marc、LS-DYNA和Radioss之連續(xù)結(jié)構(gòu)分析? 為了滿足成型過(guò)程中由制程引起的變化，輸出項(xiàng)包括：o 纖維排向o 縫合線區(qū)域數(shù)據(jù)o 殘留應(yīng)力o Digimat-MAP允許映像殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)并將其視為機(jī)械模擬的輸入

總結(jié)： 綜上所述，電連接器領(lǐng)域的冷熱沖擊仿真分析，需要考慮界面接觸、注塑殘余應(yīng)力、玻纖方向、熔接線的影響，對(duì)于有玻纖的材料，需要使用Digimat等軟件進(jìn)行復(fù)合材料擬合，與模流軟件及結(jié)構(gòu)類軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真，CAE仿真分析結(jié)果可能才會(huì)趨于實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果； 此次分析結(jié)果沒(méi)有考慮嵌入件在合模、注塑過(guò)程的預(yù)應(yīng)力影響，在實(shí)際產(chǎn)品注塑過(guò)程中，嵌入件合模受壓或者注塑過(guò)程因?yàn)樽⑺軌毫Σ痪鶎?dǎo)致嵌入件有預(yù)應(yīng)力存在