ansys有算例（2)：焊接单元生死

xuy_2000

下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进!行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。



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

/prep7

/unit,si ! 采用国际单位制

!

et,1,13,4 ! 13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度

et,2,13,4

!

! 1号材料是钢

! 2号材料是铝

! 3号材料是铜

! 铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来

! 下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量




mptemp,1,20,500,1000,1500,2000

mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11

mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11

mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11

!

! 假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系

! 下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量

tb,bkin,1,5

tbtemp,20,1

tbdata,1,1200e6,0.193e11

tbtemp,500,2

tbdata,1, 933e6,0.150e11

tbtemp,1000,3

tbdata,1, 435e6,0.070e11

tbtemp,1500,4

tbdata,1, 70e6,0.010e11

tbtemp,2000,5

tbdata,1, 7e6,0.001e11

!

tb,bkin,2,5

tbtemp,20,1


tbdata,1,800e6,0.102e11

tbtemp,500,2

tbdata,1,400e6,0.050e11

tbtemp,1000,3

tbdata,1, 70e6,0.008e11

tbtemp,1500,4

tbdata,1, 1e6,0.0001e11

tbtemp,2000,5

tbdata,1,0.1e6,0.00001e11

!

tb,bkin,3,5

tbtemp,20,1

tbdata,1,900e6,0.117e11

tbtemp,500,2

tbdata,1,700e6,0.090e11

tbtemp,1000,3

tbdata,1,230e6,0.030e11

tbtemp,1500,4

tbdata,1, 40e6,0.005e11

tbtemp,2000,5

tbdata,1, 4e6,0.0005e11

!


! 材料密度(假设为常值)

mp,dens,1,8030

mp,dens,2,4850

mp,dens,3,8900

! 热膨胀系数(假设为常值)

mp,alpx,1,1.78e-5

mp,alpx,2,9.36e-6

mp,alpx,3,1.66e-5

! 泊松比(假设为常值)

mp,nuxy,1,0.29

mp,nuxy,2,0.30

mp,nuxy,3,0.30

! 热传导系数(假设为常值)

mp,kxx,1,16.3

mp,kxx,2,7.44

mp,kxx,3,393

! 比热(假设为常值)

mp,c,1,502

mp,c,2,544

mp,c,3,385

! 热膨胀系数(假设为常值)

! 由于该13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,1,1

mp,murx,2,1

mp,murx,3,1

! 假设焊料(铝)焊上去后的初始温度是1500℃

mp,reft,1,20

mp,reft,2,1500

mp,reft,3,20

!

! 下面建立几何模型

csys,0

k,1,0,0,0

k,2,0.5,0,0

k,3,1,0,0

k,4,0,0.3,0

k,5,0.35,0.3,0

k,6,0.65,0.3,0

k,7,1,0.3,0

a,1,2,5,4

a,2,6,5

a,2,3,7,6

! 划分单元

esize,0.025


type,2

mat,2

amesh,2

esize,0.05

type,1

mat,1

amesh,1

mat,3

amesh,3

eplot

!

/solu

antype,4 ! 瞬态分析

trnopt,full

!

! 在模型的左边界加位移约束

nsel,all

*get,minx,node,,mnloc,x

nsel,s,loc,x,minx

d,all,ux,0

*get,miny,node,,mnloc,y

nsel,r,loc,y,miny


d,all,uy,0

!

! 假设在模型的左右边界处温度始终保持在20℃, 其它边界条件如对流、辐射等都可

! 施加，此处因只是示意而已，故只施加恒温边界条件。

nsel,all

*get,minx,node,,mnloc,x

nsel,s,loc,x,minx

d,all,temp,20

nsel,all

*get,maxx,node,,mxloc,x

nsel,s,loc,x,maxx

d,all,temp,20

!

! 由于第二个面是焊料所在区域，因此，首先将该区域的单元\死\掉

nna=2

esel,all

*get,emax,elem,,num,max

asel,s,area,,nna

esla

*get,nse,elem,,count

*dim,ne,,nse

*dim,nex,,nse


*dim,ney,,nse

*dim,neorder,,nse

mine=0

! 下面的DO循环用于将焊料区的单元按其形心Y坐标排序，以便后面

! 模拟焊料由下向上逐步\生长\的过程

*do,i1,1,nse

esel,u,elem,,mine

*get,nse1,elem,,count

ii=0

*do,i,1,emax

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

ii=ii+1

ne(ii)=i

*endif

*enddo

*do,i,1,nse1

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

*get,nex(i),elem,ne(i),cent,x

*enddo

miny=1e20

minx=1e20

*do,i,1,nse1


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

miny=ney(i)

minx=nex(i)

mine=ne(i)

*else

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

*if,nex(i),lt,minx,then

miny=ney(i)

minx=nex(i)

mine=ne(i)

*endif

*endif

*endif

*enddo

neorder(i1)=mine

*enddo

!

max_tem=1500 ! 按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃

dt1=1e-3 ! 用于建立初始条件的一个很小的时间段

dt=5 ! 焊接一个单元所需的时间

t=0 ! 起始时间

esel,all


eplot

/auto,1

/replot

*do,i,1,nse

ekill,neorder(i)

esel,s,live

eplot

*enddo

allsel,all

outres,all,all

ic,all,temp,20

kbc,1

timint,0,struct

timint,1,therm

timint,0,mag

tintp,0.005,,,1,0.5,0.2

!

!

nsub1=2

nsub2=40

*do,i,1,nse

ealive,neorder(i)


esel,s,live

eplot

esel,all

! 下面的求解用于建立温度的初始条件

t=t+dt1

time,t

nsubst,1

*do,j,1,4

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

*enddo

solve

! 下面的求解用于保证初始的升温速度为零

t=t+dt1

time,t

solve

! 下面的步骤用于求解温度分布

*do,j,1,4

ddele,nelem(neorder(i),j),temp

*enddo

t=t+dt-2*dt1

time,t

nsubst,nsub1


solve

*enddo

t=t+50000

time,t

nsubst,nsub2

solve

finish



/post1



! 下面的一系列命令用于生成应力的动画文件



/seg,dele

/cont,1,15,0,1200e6/16,1200e6

/dscale,1,1.0

avprin,0,0

avres,1

/seg,multi,stress,0.1

esel,all

*do,i,1,nse

esel,u,elem,,neorder(i)

*enddo


*do,i,1,nse

esel,a,elem,,neorder(i)

set,(i-1)*3+1,1

plnsol,s,eqv

*do,j,1,nsub1

set,(i-1)*3+3,j

plnsol,s,eqv

*enddo

*enddo

*do,i,1,nsub2

set,(nse-1)*3+4,i

plnsol,s,eqv

*enddo

/seg,off,stress,0.1

/anfile,save,stress,avi



! 下面的一系列命令用于生成温度的动画文件



/seg,dele

/cont,1,15,0,1500/16,1500

/dscale,1,1.0

avprin,0,0


avres,1

/seg,multi,temp,0.1

esel,all

*do,i,1,nse

esel,u,elem,,neorder(i)

*enddo

*do,i,1,nse

esel,a,elem,,neorder(i)

set,(i-1)*3+1,1

plnsol,temp

*do,j,1,nsub1

set,(i-1)*3+3,j

plnsol,temp

*enddo

*enddo

*do,i,1,nsub2

set,(nse-1)*3+4,i

plnsol,temp

*enddo

/seg,off,temp,0.1

/anfile,save,temp,avi