ABAQUS焊接:生死单元

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耀唐解读

ABAQUS焊接:生死单元

焊接,是工程上一种常用的连接工艺。一般是通过高温、加热或者高压的方式将被连接的金属或其它材质的零件接合到一起。不同形式的焊接工艺方式,高温高压条件往往会对被连接件产生影响,使得产品在焊接过程中发生变形,在做产品设计时不得不考虑到后续焊接工艺的影响。
ABAQUS焊接:生死单元

通过大量样品实验的方式,虽然能知道结果,但很难找到具体原因以及改善方案,通过有经验的焊接工匠可以进行一定程度的改善,但效率及成本往往不尽如人意。

CAE仿真虽然不能准确模拟各种焊接工艺和焊接过程,但可以通过生死单元的方式模拟焊接过程,同时考虑高温高压的影响,为产品设计提供一定的指导意义。

ABAQUS焊接:生死单元

图片来源:搜狗百科
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生死单元,顾名思义,是CAE仿真的一种分析技术,通过控制单元生效或失效的方式,模拟焊接时焊料逐渐添加的过程。软件程序后台计算则通过为每个单元添加刚度系数,通过控制单元刚度来实现单元的“生死”。

本案例通过一个简单的模型,展示ABAQUS中生死单元的使用,分析类型为热-结构耦合场分析。

 

ABAQUS焊接:生死单元

案例详解

 

1、模型准备

创建一个简单的L型模型,并准备焊缝的模型,案例中焊缝分割为几个小块,是用于实现逐步控制焊缝的生效。
ABAQUS焊接:生死单元

2、分析步定义

本例分析简单展示热-结构耦合分析,定义16个分析步,逐步控制16个焊缝单元的生死。
ABAQUS焊接:生死单元

3、材料属性定义

因为是耦合场分析,材料属性定义需要分别满足热和结构分析的需求。热分析需要热传导系数(Conductivity),比热(Spectific Heat),结构分析需要弹性模量(Elastic),密度(Density,本例是瞬态分析,隶属动力学分析,需要密度属性),耦合场模拟结构热应力问题,需要热膨胀系数(Expansion)。
ABAQUS焊接:生死单元

4、相互作用
(用于生死单元定义,功能为Model change)

生死单元在ABAUQS中定义比较简单直接,归属于相互作用(Interacion)模块内,功能名称为Model change。
ABAQUS焊接:生死单元
本例首先定义了16个Model change,第一步用于定义除第一个焊缝之外的所有焊缝被抑制(死,Deactivated),第二步开始逐步将焊缝定义为激活(生,Reactivated)。
ABAQUS焊接:生死单元

5、其他

  • 载荷条件:简单定义所有焊缝体热源(Body heat flux);

  • 约束边界:简单约束零件某一个侧面;

  • 网格划分:案例作为功能展示,模型比较规整,网格也比较简单;

ABAQUS焊接:生死单元

 

ABAQUS焊接:生死单元

结果展示

 

仿真软件虽然无法准确模拟各种不同的焊接工艺,但通过生死单元的形式,模拟焊接过程,并分析高温高压等条件对结构强度刚度的影响还是很有帮助的。

同时,生死单元的功能还可以应用于更广泛的场景,并可以控制预定义单元重新激活时是否保留单元应变等选项,这些丰富的功能大家可以灵活使用。

 

END

 

 

 

 

 

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