研究生课程考核十字接头双侧填丝焊接

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1、 2014年 春 季学期研究生课程考核（研究报告）考核科目: 焊接过程建模基础 学生所在院（系）: 材料科学与工程学生所在学科: 材料加工工程学 生 姓 名*学 号*学 生 类 别学术型考核结果阅卷人一、实验目的1. 了解焊接热过程数值模拟的基本思路； 2. 熟悉Marc软件的界面和基本操作；3. 利用Marc能够独立完成焊接热过程的数值模拟。二、实验内容十字接头双侧填丝焊接（板厚10mm,其它自定）1. 建立模型首先定义焊接平板尺寸为：120mm50mm6mm。搭接长度为40mm，计算出各个点坐标。（建立模型过程中采用国际单位制m）（1）生成点PTS: ADD0 0 0 0.08 0 00.

2、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选择需要复制的四个点 （右键确定）（2）连线，生成二维模型如下图（1）所示：（3）二维网格划分运用AUTOMESHCURVE DIVISIONSFIX # DIVISIONS: #DIVISIONS4APLLY CURVE DIVISIONS选择图形中两个小三角形的边界，右键确定运用SUBDIVIDEDIVISION

3、Sx y zBIAS FACTORSx y zCURVES 对其余的边线进行网格划分。为了使网格划分更加规则，复制两上下边上的节点到板的中心，得到下图：下面进行网格划分。网格划分结果如图3所示。AUTOMESH2D PLANAR MESHINGQUAD MESH!二维面网格划分完成后，得到下图：下面需要扩展为三维体网格EXPANDTRANSLATIONS0 0 0.002 REPETITION 25 ELEMENTALL:EXISTRETURNSWEEP: ALLRETURN RENUMBER: ALL 得到的三维实体网格如下图所示：SELECTELEMETS：SETTINGSTORESET1

4、选择焊道单元，确定ELEMETS：SETTINGSTORESET2选择焊道单元，确定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 如图所示：HEAT TRANSFERCONDUCTIVITY 40RETURNSPECIFIC HEAT 500RETURNMASS DENSITY 7800

5、RETURN 如图所示：ADD ALL: EXISTRETURN RETURN 以上认为母材和焊道单元的材料性能是一样的。3. 建立焊接路径MODELING TOOLSWELD PATHSNEW（weldpath1）PATH INPUT METHOD NODES:ADD在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。ORIENTATION INPUT METHOD NODES ADD并选择三角形直角顶点上的点。两条焊缝都要定义。NEW（weldpath2）PATH INPUT METHOD NODES:ADD在模型上，利用节点法，选择起弧点和节弧点。ORIENTATION INPUT METHOD

6、NODES ADD并选择三角形直角顶点上的点。4. 建立焊道 WELD FILLERSNEWELEMENTS ADDSETSET1NEWELEMENTS ADDSETSET25. 施加边界条件1焊接温度场的边界条件BOUNDARY CONDITIONSNEWTHERMALMOREVOLUME WELD FLUXFLUXPOWER 2600EFFICIENCY 0.7WIDTH 0.006DEPTH 0.005FORWARD LENGTH 0.003REAR LENGTH 0.015VELOCITY 0.002WELD PATH Weldpath1ELEMENT AddALL:SETSET1 O

7、K (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框选法确定所有外表面。2 焊接应力场的边界条件NEWMECHANICA

8、LFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT XNODES ADD选择上搭接板上的节点，确定 （apply4)NEWMECHANICALFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT YNODES ADD选择下搭接板上表面的节点，确定 （apply5）NEWMECHANICALFIX DISPLACEMENTDISPLACEMENT ZNODES ADD选择下搭接板下表面的节点，确定 （apply6）6. 设置工况1 定义焊接过程LOADCASESNEW（loadcase1）COUPLEDQUASI-STATICLOADS：点掉apply2CONVERGENCE TES

9、TING 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：点掉apply1CONVERGENCE TESTING DISPLACEMENTS RELATIVE DISPLACEMENT TOLERANCE 0.1 MAX ERROR IN TEMPERA

10、TURE ESTIMATE 30 RETURN TOTAL LOADCASE TIME 25CONSTANT TIME STEP PARAMETERS#STEPS 25OKOK2 定义冷却过程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: TEMPERATUREPARAMETERSMA

11、X #INCREMENTS 500INITIAL TIME STEP 1 OKOK7. 定义作业JOBSCOUPLESAVAILABLELcase1Lcase2Lcase3ANALYSIS OPTIONSPLASTICITY PROCEDURE:SMALL STRAIN LUMPEDMASS & CAPACITY OKJOB RESULTSSTRESSEquivalent Von Mises Stress OKRUNSUBMIT(1)Monitor8. 结果分析温度场分析1焊接过程总共50S，取12S,30S,37S时的情况分析。模型焊接温度场的三维分布图形如图所示：12S云纹图30S云纹图2

12、 12S时，焊缝直线上的温度分布如下：分析：熔池位置的横向应力很小，这是由于此时材料软化造成。电弧的前端位置为压缩应力，这是由于该处材料受热膨胀，而受周围材料压缩导致。2观察33方向的应力，在本模型中为焊接纵向应力，如下图所示为焊接12s时的纵向应力。三、思考题1. 建模过程中经常会遇到什么问题，如何解决？答：问题1：对于双道焊缝，如何使两条焊缝同时焊接与顺序焊接？解决：如果是两条焊缝顺序焊接，则需定义两个loadcase1和loadcase2。如果是两条焊缝同时焊接，则只需定义一个loadcase1。即可达到目标。问题2：建模过程中，线划分不符合原来设计要求，即不是从远离焊缝处到焊缝近处渐变

13、的；网格划分时提示找不到闭合的单元。解决：划线时注意连接点的顺序，偏置系数小于1时，连线的方向就是划分时从密到疏的方向。网格划分找不到闭合单元因为线与线的交点不明确，框选的单元不是完整单元，还有可能是显示器的问题，把图放大后再框选就没有这个问题了。2.如何进行热源校核，其目的是什么？答：热源校核就是热模拟，流程包括建模，输入材料性能，确定焊接路径，焊道，施加边界条件，设置工况，定义作业。热过程的数值模拟可以优化结构设计和工艺设计，减少试验工作量，提高焊接接头质量。3. 焊接参数如何定义，常会遇到什么问题？答：焊接参数根据选择的焊接方法和工件厚度定义。选择TIG焊的方法，焊接效率是0.7，开始选择的热源输入为200x20=4000，观察模拟结果，工件上最高温度达到2500，所以就降低热输入到2400，观察熔池形状和尺寸，太小，最后调整到2600，此外，还可以通过调整焊接速度调整热输入。4.如何利用模拟得到的结果，提出任一时刻任一位置的温度场数据？答：打开模拟结果，SKIP TO INC，输入任一时刻，即可得到提出此刻时的温度场数据。想观察任意位置的温度，选择此位置一侧的单元，MAKE INVISIBLE，然后调整视图即可看到温度截面。16