实例2---焊缝的残余应力及温度场分析.docx

实例2---焊缝的残余应力及温度场分析 本实例说明瞬态热结构耦合问题及死活单元的运用，其命令流方式给出了多级焊缝模式（完全模拟焊接这一连续的过程，但不考虑结构分析的瞬态效应，而只考虑热分析的瞬态效应），GUI操作方式给出了两级焊缝模式（操作上两级焊缝与多级焊缝本质一致。均利用载荷步和死活单元）。 该实例的难度稍大，建议读者要在对ANSYS求解热结构耦合问题以及非线性问题（主要指塑性问题）有一定的了解之后学习；否则很难真正弄明白。 7.6.1问题描述 如图7-85所示为焊缝的剖面示意图，用铝焊将钢和铜接在一起，求在焊接后的焊接残余应力以及在焊接过程中的温度变化。假定没有对流和辐射，结构左面固定约束，左右两边界均给定20℃的温度约束。从左至右的材料了依次是钢、铝和铜。其中钢和铜的初始温度是环境温度20℃，铝是1500℃。 图7-85 焊缝模型简图 各种材料的属性见表7-4 材料 摄氏温度℃ 弹性模量Pa 屈服强度Pa 切变模量Pa 材料密度kg/m3 泊淞比 传热系数W/（m℃） 线胀系数1/℃ 比热容J/(kg℃) 钢 20 1.93e11 1.2e9 1.93e10 8030 0.29 16.3 1.78e-5 502 500 1.5e11 0.933e9 1.5e10 1000 0.7e11 0.435e9 0.7e10 1500 0.1e11 0.07e9 0.1e10 2000 0.01e11 0.007e9 0.01e10 铜 20 1.17e11 0.9e9 1.17e10 8900 0.3 393 1.66e-5 385 500 0.9 e11 0.7e9 0.9 e10 1000 0.3 e11 0.23e9 0.3 e10 1500 0.05e11 0.04e9 0.05 e10 2000 0.005 e11 0.004e9 0.005 e10 铝 20 1.02e11 0.8e9 1.02e10 4850 0.3 7.44 9.36e-6 544 500 0.5e11 0.4e9 0.5e10 1000 0.08e11 0.07 e9 0.08e10 1500 0.001e11 0.001 e9 0.001e10 2000 0.0001e11 0.0001 e9 0.0001e10 GUI操作方式 定义工作文件名及工作标题 （1） 定义工作文件名：执行Utility Menu /File /Change Jobname对话框中输入文件名Weld,单击OK按钮。 （2）定义工作标题：执行Utility Menu /File /Change Title对话框中输入文件名Weld,单击OK按钮。 （3）关闭坐标符号显示：执行Utility Menu /Plotctrls/ Window Controls/Window Options命令，弹出Window Options对话框。在Location of triad 下拉列表框中选择NO Shown选项,单击OK按钮。 定义单元类型及材料属性 （1）定义单元类型：执行Main Menu/Preprocessor/ Element Type/ Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types 对话框。单击Add按钮，弹出Library of Element Types 对话框，如图7-86所示。在左右列表框中分别选择Coupled Field和Vector Quad 13选项，单击OK按钮。 图7-86 Library of Element Types 对话框 （2）设置单元选项：单击Element Types 对话框的Options按钮，弹出PLANE13 element type options对话框，如图7-87所示。在K1和K3下拉列表框中分别选择UX UY TEMP AZ 及Plane strain 选项，单击OK按钮，单击Close按钮。 图7-87 PLANE13 element type options对话框 （3）定义材料的弹性模量：执行Main Menu /Preprocessor /Material Props / Material Models 命令，弹出Define Material Model Behavior窗口。双击Material Model Available 列表框中的Structural/ Linear / Elastic / Isotropic选项，弹出如图7-88所示的Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框，连续单击4次Add Temperature 按钮，生成表格。在Temperatur