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基于ANSYS的某焊接件两焊缝在顺序焊接过程中的分析(生死单元应用案例)

6月前浏览8462

本文摘要(由AI生成):

本文介绍了在仿真分析过程中使用ANSYS软件的单元生死技术。该技术允许在模型中加入或删除实体,通过杀死或重新激活选择的单元来模拟实际情况。文章详细描述了单元生死在焊接分析、材料断料分析、隧道挖掘和桥梁建立等领域的应用,并解释了单元生死的实现原理。此外,文章还提到了ANSYS 19.0版本在Workbench界面下新增的网格生死功能,为用户提供了更便捷的操作方式。通过本文,读者可以了解到单元生死技术在仿真分析中的重要性及其应用方法。


焊接几何模型如下图所示,左右两侧90度扇区为焊接材料,其余为钢板材料。其他更多已知条件请参考命令流,这里不再赘述。

网格单元

本实例中顺序焊接分为如下步骤:

第一步0-1秒:右侧焊接稳态分析(杀死左焊缝,施加右焊缝温度和焊接件参考温度)

第二步1-100秒:相变分析(删除温度载荷,施加对流热传导)

第三步100-1000秒:右侧焊缝凝固分析

第四步1000-1001秒:激活左侧焊缝单元进行稳态分析(施加左焊缝温度)

第五步1001-1100秒:左焊缝相变分析

第六步1100-2000秒:左侧焊缝凝固分析

第七步:结果后处理


ANSYS GUI操作演示视频:

视频来自网络。建议电脑观看,体验更佳。

视频地址:https://v.qq.com/x/page/v0747wjtt6u.html



ANSYS命令流:

FINISH

/FILNAME,Exercise       ! 定义隐式热分析文件名

/PREP7                      ! 进入前处理器

ET,1,SOLID70                ! 选择8节点实体热分析单元

MP,KXX,1,.5e-3

MP,C,1,.2

MP,DENS,1,.2833

MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000

MPDATA,ENTH,1,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6    ! 定义右焊缝材料热物理性能

MP,KXX,2,.5e-3

MP,C,2,.2

MP,DENS,2,.2833

MP,KXX,3,0.5e-3                            ! 定义两块钢板的热物理性能

MP,C,3,.2

MP,DENS,3,.2833

MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000

MPDATA,ENTH,3,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6    ! 定义左焊缝材料热物理性能

BLOCK,-0.17,0.17,0,0.34,0,1.2

BLOCK,0.17,0.34,0,0.34,0,1.2

BLOCK,0.34,1,0,0.34,0,1.2

BLOCK,-0.17,0.17,0.34,0.51,0,1.2

BLOCK,-0.17,0.17,0.51,1.34,0,1.2

WPAVE,0.17,0.34,0

CYLIND,0.17,0,0,1.2,0,90

WPAVE,0,0,0

CSYS,0

FLST,3,3,6,ORDE,3  

FITEM,3,2  

FITEM,3,-3 

FITEM,3,6  

VSYMM,X,P51X, , , ,0,0                      ! 建立焊接件的几何模型

VGLUE,ALL                               ! 粘接各体

VSEL,S,,,10

VATT,1,1,1                                 ! 附于右焊缝的材料属性

VSEL,S,,,1

VSEL,A,,,12,17,1

VATT,2,1,1                                 ! 附于两块钢板的材料属性

VSEL,S,,,11

VATT,3,1,1                                 ! 附于左焊缝的材料属性

ALLSEL,ALL

ESIZE,0.05                                 ! 定义单元划分尺寸

VSWEEP,ALL                               ! 划分单元

ESEL,S,MAT,,3

TOFFST,460                              ! 定义温度偏移量

!第一步:稳态分析

EKILL,ALL                                ! 杀死左焊缝单元

ALLSEL,ALL

/SOLU

ANTYPE,TRANS                           ! 定义瞬态分析类型

TIMINT,OFF                               ! 关闭时间积分

ESEL,S,MAT,,1                           

NSLE                                     ! 选择右焊缝节点

D,ALL,TEMP,3000                          ! 施加右焊缝初始温度载荷         

NSEL,INVE                                ! 选择其它节点

D,ALL,TEMP,70                            ! 施加初始温度载荷

TIME,1                                    ! 定义求解时间                               

KBC,0                                     ! 设置为斜坡载荷

ALLSEL,ALL

SOLVE                                    ! 求解

!第二步:右侧焊缝相变分析(1到100秒)

DDELE,ALL,TEMP                         ! 删除温度载荷

TIMINT,ON                                ! 打开时间积分

TINTP,,,,1                                  ! 定义瞬态积分参数

TIME,100                                  ! 定义求解时间

DELTIME,1,.5,10                            ! 定义时间子步

AUTOTS,ON                               ! 打开自动时间开关

KBC,1                                     ! 设置为阶越载荷

OUTRES,ERASE

OUTRES,ALL,ALL                          ! 设置结果输出

ASEL,S,EXT

ASEL,U,LOC,Y,0

SFA,ALL,,CONV,5E-5,70                     ! 施加对流换热载荷

ALLSEL,ALL

SOLVE                                    ! 求解

!第三步:右侧焊缝凝固分析(100到1000秒)

TIME,1000                                 ! 定义求解时间

DELTIME,50,10,100                         ! 定义时间子步

AUTOTS,ON                               ! 打开自动时间开关

SOLVE                                    ! 求解

!第四步:激活左侧焊缝单元进行分析(1000到1001秒)

EALIVE,ALL                               ! 激活左侧焊缝单元

ALLSEL,all 

ESEL,S,MAT,,3

NSLE                                     ! 选择左焊缝节点

D,ALL,TEMP,3000                          ! 施加左焊缝初始温度载荷

TIME,1001                                 ! 定义求解时间

DELTIME,1,1,1                             ! 定义时间子步

ALLSEL,ALL

SOLVE                                    ! 求解

!第五步:左侧焊缝相变分析(1001到1100秒)

DDELE,ALL,TEMP                         ! 删除温度载荷

TIME,1100                                ! 定义求解时间

DELTIME,1,.5,10                           ! 定义时间子步

SOLVE                                   ! 求解

!第六步:左侧焊缝凝固分析(1100到2000秒)

TIME,2000                                ! 定义求解时间

DELTIME,100,10,200                        ! 定义时间子步

SOLVE                                    ! 求解

!第七步:后处理

/POST1                                   ! 进入通用后处理器

SET,,,,,1, ,                                 ! 读取1秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                          ! 显示1秒钟后焊接件的温度分布

SET,,,,,100, ,                                ! 读取100秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                          ! 显示100秒钟后焊接件的温度分布

SET,,,,,1000, ,                                ! 读取1000秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                          ! 显示1000秒钟后焊接件的温度分布

SET,,,,,1001, ,                                 ! 读取1001秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                          ! 显示1001秒钟后焊接件的温度分布

SET,,,,,1100, ,                                 ! 读取1100秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                          ! 显示1100秒钟后焊接件的温度分布

SET,,,,,2000, ,                                  ! 读取1100秒中分析结果

PLNSOL, TEMP,, 0                           ! 显示1100秒钟后焊接件的温度分布

/POST26                                    ! 进入时间历程后处理器

NSOL,2,4727,TEMP,, TEMP_2  

STORE,MERGE                          

NSOL,3,4752,TEMP,,TEMP_3

STORE,MERGE

NSOL,4,4808,TEMP,,TEMP_4

STORE,MERGE

NSOL,5,4833,TEMP,,TEMP_5

STORE,MERGE

NSOL,6,4883,TEMP,,TEMP_6

STORE,MERGE

NSOL,7,4908,TEMP,,TEMP_7

STORE,MERGE 

NSOL,8,5088,TEMP,,TEMP_8

STORE,MERGE

NSOL,9,5308,TEMP,, TEMP_9               

STORE,MERGE                          ! 定义焊接件某些位置8个节点的时间温度变量

/AXLAB,X,TIME  

/AXLAB,Y,TEMPERATURE                ! 更改坐标轴标识

/XRANGE,0,2000                         ! 设定横坐标轴范围

PLVAR,2,3,4,5,6,7,8,9,                     ! 绘制8节点温度随时间的变化曲线


温度结果显示

1秒时:

100秒时:

1000秒时:

1001秒时:

1100秒时:

2000秒时:


关键点温度变化曲线

关键点位置分布:

关键点与曲线对应情况:

NSOL,2,4727,TEMP,,TEMP_2                      

NSOL,3,4752,TEMP,,TEMP_3

NSOL,4,4808,TEMP,,TEMP_4

NSOL,5,4833,TEMP,,TEMP_5

NSOL,6,4883,TEMP,,TEMP_6

NSOL,7,4908,TEMP,,TEMP_7

NSOL,8,5088,TEMP,,TEMP_8

NSOL,9,5308,TEMP,,TEMP_9 

关键点温度变化曲线:

从该图中可以明显看到:离焊接热影响区域距离较远的关键点温升较小,距离较近的关键点温升较大。





关于生死单元的简单介绍

在ansys计算过程中,如果需要向模型中加入(或删除)实体,模型中对应实体部位的单元就“存在”(或消亡)。单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。例如,在焊接分析过程中,随着高温焊料的加入,坡口处的单元需要不断地被激活;在材料断料分析中,随着裂纹的延伸,断裂处的单元需要不断的被杀死;在隧道挖掘和桥梁建立分析中,材料也需要不断的被杀死或激活。因此,单元的生死应用技术广泛的存在于ansys仿真分析中,是一项应用非常广泛的技术。

        单元的生死并不是ansys程序将杀死单元对应的实体从模型中删除,或者激活重新生成材料,而是通过将其刚度矩阵,或者传导矩阵(对应于不同的分析),乘以很小的因子(ESTIF),默认值为1E-6。死单元的单元载荷将为0,从而不对载荷向量生效,等效于将单元杀死;同样,当一个单元被重新激活时,其刚度,单元载荷等恢复其原始的数值,重新激活的单元也没有应变记录,在热分析里面没有热量存储。需要注意的是,生死单元对大部分单元可以应用,然而对某些单元却是不可用的。

      在一些情况下,单元生死状态可以根据ansys的计算结果决定。如在断裂分析中,我们需要将应力值大于材料屈服强度的单元杀死,可以利用Etable选择相应的单元进行杀死,继而返回到求解器进行求解,如果如此循环,则可观察到裂纹的生长过程。

   可以在大多数静态和非线性瞬态分析中使用单元生死,其基本分析与相应的分析过程是一致的,主要包括三个步骤:建模,施加载荷并求解,查看结果。

今年随着ANSYS19.0的推出,也带来了一个好消息:ANSYS V19.0在Workbench界面下新增了网格生死功能。以往我们只能在经典界面下进行网格生死操作,或者在Workbench界面下借助APDL来实现网格生死,这种操作既不方便又容易出错。V19.0以后的版本用户可以通过简单的菜单操作在WB界面下实现网格生死功能。

视频来自南京安世亚太

ANSYS 其他
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首次发布时间:2019-03-10
最近编辑:6月前
ANSYS有限元仿真
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洛必达
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