生死单元焊接分析实例

生死单元焊接分析实例，热结构耦合分析探讨！（附apdl）

最近在做焊接模拟分析，做了一点东西和大家一起分享一下，还有很多问题是需要和大家一起讨论的！

题目：在两个物体之间焊接一圈焊缝，分析冷却后的结构变形和应力！模型见apdl（为了计算速度我简化了）

solution1：热结构耦合分析可以采用直接方法，即选用耦合单元solid5，它同时包括了温度和位移自由度，同时附加了电磁特性，这里我们不关注。我们采用瞬态分析的方法，一开始把焊接单元全部杀死，这里的杀死意味着单元的刚度等属性被赋予一个小量（默认的是1e-6）。然后随着焊接过程依次激活单元，加载温度，认为焊料温度为1500度，也是其材料的参考温度。焊完一圈后冷却降温！但遗憾的是这样的分析是基于线弹性理论的，solid5单元中无法进行塑性分析。

以下是直接法的apdl程序：

/title,Weld Analysis by \"Element Birth and Death\"

/FILNAME,welding_direct,1

/prep7

et,1,5

! 1号材料是钢

! 2号材料是焊料MG-51T

！假设他们的刚度随温度是变化的。

MPTEMP,1,0

MPTEMP,2,500

MPTEMP,3,1000

MPTEMP,4,1500

MPDATA,EX,1,,2E+005

MPDATA,EX,1,,1.5e5

MPDATA,EX,1,,7e4

MPDATA,EX,1,,1e4

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPDATA,PRXY,1,,0.3

MPDATA,EX,2,,2E+005

MPDATA,EX,2,,1.5e5

MPDATA,EX,2,,7e4

MPDATA,EX,2,,1e4

MPDATA,PRXY,2,,0.3

MPDATA,PRXY,2,,0.3

MPDATA,PRXY,2,,0.3

MPDATA,PRXY,2,,0.3

! 材料密度(假设为常值)

mp,dens,1,8e-3

mp,dens,2,8e-3

! 热膨胀系数(假设为常值)

mp,alpx,1,1.2e-5

mp,alpx,2,1.2e-5

! 热传导系数(假设为常值)

mp,kxx,1,0.03

mp,kxx,2,0.03

! 比热(假设为常值)

mp,c,1,0.6

mp,c,2,0.6

! 由于该5号单元还有磁自由度, 此处假设一磁特性, 但并不影响我们所关心的结果

mp,murx,1,1e-10

mp,murx,2,1e-10

mp,rsvx,1,1e-10

mp,rsvx,2,1e-10

! 假设焊料焊上去后的初始温度是1500℃

mp,reft,1,25

mp,reft,2,1500

! 下面建立几何模型

csys,0

k,1,7,0,0

k,2,7,0,4

k,3,56,0,4

k,4,56,0,11

k,5,60,0,11

k,6,60,0,8

k,7,60,0,0

k,8,63,0,8

k,9,63,0,11

k,12,62,0,8

k,13,62,0,-12

k,14,60,0,-12

k,10,0,0,0

k,11,0,0,1

a,1,2,3,4,5,6,7

a,5,6,8,9

a,7,6,12,13,14

ET,2,SHELL63

! 划分单元

esize,2

type,2

mat,1

amesh,1,3,2

mat,2

amesh,2

TYPE, 1

EXTOPT,ESIZE,25,0,

EXTOPT,ACLEAR,1

EXTOPT,ATTR,1,1,1

vrotat,all,,,,,,10,11,,2

cswpla,11,1

aclear,all

etdel,2

asel,s,,,18,33,15

da,all,ux,0

da,all,uy,0

da,all,uz,0

/solu

antype,4 ! 瞬态分析

trnopt,full

OUTRES,ALL,1

!

! 假设模型表面施加对流，冷却时也是！

allsel

sfa,all,1,conv,1.1e-5,25

! 由于第2，5体是焊料所在区域，因此，首先将该区域的单元\"死\"掉

vsel,s,,,2,5,3

eslv

*get,wnum,elem,,count

*dim,eorder,,wnum

*dim,ne,,wnum

*dim,ney,,wnum

*get,emax,elem,,num,max

*get,emin,elem,,num,min

mine=0

! 下面的DO循环用于将焊料区的单元按柱坐标csys11y方向排序，以便后面

! 模拟焊料逐步\"生长\"的过程

ii=0

*do,i,emin,emax

*if,esel(i),eq,1,then

ii=ii+1

ne(ii)=i

*endif

*enddo

*do,i,1,wnum

*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y

*enddo

*do,i1,1,wnum

miny=1000

*do,i,1,wnum

*if,ney(i),lt,miny,then

miny=ney(i)

mine=ne(i)

j=i

*else

*if,ney(i),eq,miny,then

miny=ney(i)

mine=ne(i)

j=i

*endif

*endif

*enddo

eorder(i1)=mine

ney(j)=1001

*enddo

max_tem=1500 ! 按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃

dt=1! 焊接8个单元所需的时间

t=0 ! 起始时间

ekill,all !将焊接单元先杀死

esel,s,live

ic,all,temp,25

timint,0,struct

timint,1,therm

timint,0,mag

tintp,0.005,,,1,0.5,0.2

allsel

save,welding_direct,db

nsubst,1

*do,i,1,wnum,8

ddele,all,temp ！删除上一步的温度载荷

！一次激活8个单元，作为焊料出生。

ealive,eorder(i)

ealive,eorder(i+1)

ealive,eorder(i+2)

ealive,eorder(i+3)

ealive,eorder(i+4)

ealive,eorder(i+5)

ealive,eorder(i+6)

ealive,eorder(i+7)

*do,j,1,8 ！此步单元的温度加载，在每个出生单元的8个节点上施加温度

d,nelem(eorder(i),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+1),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+2),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+3),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+4),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+5),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+6),j),temp,max_tem

d,nelem(eorder(i+7),j),temp,max_tem

*enddo

t=t+dt

time,t

nsubst,1

solve

*enddo

!冷却过程分析

time,500

ddele,all,temp

nsubst,5

solve

time,5000

nsubst,2

solve

finish