ANSYS焊接案例.ppt

某焊接件的两条焊缝在顺序焊接过程中的分析问题分析：对1个焊接件的两条焊缝的凝固过程的温度场进行分析，几何模型如下图所示。焊条及两块钢板的材料为钢，其物理性能见下表。导热率kxx=0.5e-3;比热容c=0.2;密度=0.3833初始条件：焊接件的温度为70，焊缝温度3000；对流边界条件：表面传热系数0.00005，空气温度70。求2000s后整个焊接件的温度分布。材料参数（温度）02643275028753000焓0128.1163.8 174.2184.61生死单元案例焊接几何参数：底板：2*1.2*0.34 立板：1.2*1*0.34 圆柱：R0.172生死单元案例焊接操作步骤：1.定义分析文件名 选择应用菜单FileChange Jobname,在弹出的对话中输入“Welding4”,点击【OK】；FileChange Directory,在弹出的对话框中选择存储的目标文件夹后点击【确定】。FileChange Title,在弹出的对话框中输入“Welding4”,点击【OK】。选择应用菜单PlotReplot。从主菜单中选择Preference,选择分析类型Thermal后点击【OK】。3生死单元案例焊接2.定义单元类型 从主菜单中选择PreprocesorElement TypeAdd/Edit/Delete，在弹出的对话框中选择【Add】,再在弹出的对话框中选择Solid和Brick 8node 70，点击【OK】，再点击【Close】。4生死单元案例焊接3.定义焊缝及钢板的材料属性（1）定义右焊缝的材料属性a.定义密度：从主菜单中选择PreprocessorMaterial PropsMaterial Models,在弹出的对话框中右侧点击ThermalConductivityIsotropic,在弹出的对话框中输入导热率0.5e-3，如下图所示。完毕点击【OK】。5生死单元案例焊接b.定义比热容：点击对话框右侧的ThermalSpecific Heat,在弹出的对话框中输入0.2，如下图所示。完毕点击【OK】。c.定义密度：点击对话框右侧的ThermalSpecific Heat,在弹出的对话框中输入0.2833，如下图所示。完毕点击【OK】。6生死单元案例焊接d.定义焓参数：点击对话框右侧的ThermalEnthalpy,在弹出的对话框中连击4次【Add temperature】，然后按下图将参数输入对话框。完毕点击【OK】。(2)定义两钢板的材料属性：点击定义材料属性对话框中的MaterialNew Model,在弹出的对话框中点击【OK】，如下图所示：7生死单元案例焊接 点击材料属性对话框中的EditCopy,弹出如下对话框，from中选择1，to中输入2，如下图所示。完毕点击【OK】。这样，材料2复制了材料1的全部属性。由于钢板属性不需要焓参数，因此要删掉材料2中的Enthalpy:先选中材料2中的Enthalpy,然后点击EditDelete。8生死单元案例焊接（3）定义左焊缝的材料属性 左焊缝的材料属性与右焊缝的完全一样，可以直接复制材料1的属性。点击材料属性对话框中MaterialNew Model,弹出如下对话框，如下图所示，点击【OK】。点击材料属性对话框中EditCopy,弹出如下对话框，from中选择1，to中输入3，如下图所示。完毕点击【OK】。9生死单元案例焊接设置完毕后，如下图所示：10生死单元案例焊接4.几何建模（1）建立长方体 从主菜单中选择PreprocessorModelingCreateVolumesBlockBy Dimension，在弹出的对话框的X1,X2,Y1,Y2,Z1和Z2中按照下图数据输入，每组数据输入完成后点击【Apply】,输入最后一组数据完成后需点击【OK】。11生死单元案例焊接12生死单元案例焊接（2）平移坐标系 从应用菜单中选择 Work PlaneOffset WP by Increments，弹出如下的工作坐标系平移对话框，在X,Y,Z Offsets中输入0.17,0.34,0。完毕点击【OK】。13生死单元案例焊接（3）建立圆柱体 从主菜单中选择PreprocessorModelingCreateVolumesCylinderBy Dimension，弹出圆柱体建立对话框。在RAD1、RAD2、Z1、Z2、THETA1和THETA2依次输入0.17、0、0、1.2、0和90。完毕点击【OK】，如下图所示：14生死单元案例焊接建好的几何模型如下图所示：15生死单元案例焊接（4）复制 从应用菜单中选择 Work PlaneOffset WPto Global Origin 从主菜单中选择PreprocessorModelingReflectVolumes，在弹出的对话框中选中V2、V3、V6，点击【OK】。在弹出的体映射复制对话框中点击【OK】，如下图所示：16生死单元案例焊接建立的几何模型如下图所示：17生死单元案例焊接5.布尔操作 从主菜单中选择PreprocessorModelingOperateBooleansGlueVolumes，在弹出的对话框中点击【Pick All】。6.设置单元密度从主菜单中选择PreprocessorMeshingSize CntrlsManualsizeGlobalSize，在弹出的对话框Element edge length中输入0.05，如下图所示。完毕点击【OK】。18生死单元案例焊接7.设置焊接件属性a.设置右焊缝属性：从主菜单中选PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Volumes，在弹出的对话框中选择右焊缝V10后点击【OK】，在弹出的对话框中选择1和1 SOLID70,如下图 所示。完毕点击【OK】。19生死单元案例焊接b.设置两钢板属性：从主菜单中选择PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Volumes，在弹出的对话框中选择两钢板V1、V12V17后点击【OK】，在弹出的对话框中选择2和1 SOLID70,如下图所示，完毕点击【OK】。20生死单元案例焊接c.设置左焊缝属性：从主菜单中选择PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Volumes，在弹出的对话框中选择左焊缝V11后点击【OK】，在弹出的对话框中选择2和1 SOLID70,如下图所示。完毕点击【OK】。21生死单元案例焊接8.划分单元从应用菜单中选择SelectEverything，选择所有对象。从主菜单中选择PreprocessorMeshingMeshVolume SweepSweep，点击【Pick All】。划分单元后的有限元模型如下图所示：22生死单元案例焊接9.杀死左焊缝单元从主菜单中选择PreprocessorLoadsLoad Step OptsOtherBirth&DeathKill Elements，在弹出的对话框中选择Min,Max,Inc,输入9577,9888,1后按回车，如下图所示。完毕点击【OK】。从应用菜单中选择SelectEverything，选择所有对象。23生死单元案例焊接10.温度偏移量设置从主菜单中选择SolutionAnalysis TypeAnalysis Options，在弹出的对话框的TOFFST中输入460，如下图所示：24生死单元案例焊接11.稳态求解进行稳态求解，得到温度的初始条件（分析时间：1s）(1)施加初始温度a.对右焊缝施加初始温度：从应用菜单中选择Select EntitiesElements、By Attributes和Material num，在Min,Max,Inc中输入1，点击【Apply】。再选择Nodes、Attach to、Elements和From Full，点击【OK】。如右图所示：点击Replot,显示出所选单元。25生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Nodes，在弹出的对话框中点击【Pick All】，弹出如下图所示的温度约束条件施加对话框。在Lab中选择TEMP，在VALUE中输入3000，完毕点击【OK】。26生死单元案例焊接b.对两钢板施加初始温度：从应用菜单中选择Select Entities Nodes、By Num/Pick和From Full，然后点击【Invert】。从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Nodes，在弹出的对话框中点击【Pick All】，弹出下图对话框。在Lab中选择TEMP，在VALUE中输入70，完毕点击【OK】。27生死单元案例焊接(2)设置求解选项从主菜单中选择SolutionAnalysis TypeNew Analysis,在弹出的对话框中选择Transient，完毕点击【OK】，如下图左所示。在随后的对话框中接受默认设置，点击【OK】，如下图右所示。28生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime IntegrationNewmark Parameters，在弹出的对话框中将TIMINT设置为OFF，点击【OK】，如下图所示，即定义为稳态分析。29生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，设定TIME为1，然后点击【OK】，如下图所示：30生死单元案例焊接（3）求解从应用菜单SelectEverything。从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。12.右焊缝液固相变瞬态求解进行瞬态求解，分析右焊缝液固相变过程（分析时间：1100s）。（1）删除温度载荷从主菜单中选择SolutionDefine LoadsDeleteThermalTemperatureOn Nodes,在弹出的对话框中点【Pick All】，在弹出的约束条件删除对话框中选TEMP，完毕点击【OK】，如下图所示：31生死单元案例焊接（2）施加对流换热载荷从应用菜单中选择Select Entities Areas、Exterior和From Full，点击【Apply】。再选择Areas、By Location和Y coordinates,在Min,Max中输入0，选择Unselect,完毕点击【OK】。如下图所示：32生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Areas，在弹出的对话框中点击【Pick All】，弹出下图对话框，在VALI中输入5e-5，VAL2I中输入70，完毕点击【OK】。33生死单元案例焊接(3)瞬态求解设置从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime IntegrationNewmark Parameters，在弹出的对话框中将TIMINT设置为ON，点击【OK】，如下图所示，即定义为瞬态分析。34生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，在弹出的对话框中设定TIME为100，DELTIM为1，KBC中选择Stepped,将AUTOTS设置为ON，Minimum time step size设置为0.5，Maximum time step size设置为10，然后点击【OK】，如下图所示：35生死单元案例焊接(4)输出控制对话框从主菜单中选择SolutionAnalysis TypeSoln Controls，在弹出的对话框Frequency中选择Write every substep,如下图所示，完毕点击【OK】。36生死单元案例焊接（5）求解从应用菜单SelectEverything。从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。13.右焊缝凝固过程瞬态求解进行瞬态求解，分析右焊缝凝固过程（分析时间：1001000s）。（1）瞬态求解设置：从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，在弹出的对话框中设定TIME为1000，DELTIM为50，Minimum time step size设置为10，Maximum time step size设置为100，然后点击【OK】，如下图所示：37生死单元案例焊接（2）求解从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。38生死单元案例焊接14.短暂的瞬态求解激活所有单元，进行短暂的瞬态求解（进行准稳态分析），得到温度的初始条件（分析时间：10001001s）。（1）激活左焊缝单元：从主菜单中选择SolutionLoadsLoad Step OptsOtherBirth&DeathKill Elements，在弹出的对话框中选择Min,Max,Inc,输入9577,9888,1后按回车，如下图所示。完毕点击【OK】。从应用菜单中选择SelectEverything，选择所有对象。(2)施加左焊缝的温度载荷:从应用菜单中选择Select EntitiesElements、By Attributes、Material num和From Full,在Min,Max,Inc中输入3，点击【Apply】。再选择Nodes、Attach to、Elements和From Full，点击【OK】。39生死单元案例焊接从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyThermalTemperatureOn Nodes,在弹出的对话框中点【Pick All】。在弹出的对话框中在Lab中选择TEMP，在VALUE中输入3000，完毕点击【OK】。从应用菜单中选择SelectEverything，选择所有对象40生死单元案例焊接（3）瞬态求解设置从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，在弹出的对话框中设定TIME为1001，DELTIM为1，AUTOTS设置为ON，Minimum time step size设置为1，Maximum time step size设置为1，然后点击【OK】，如下图所示：41生死单元案例焊接（4）求解从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。15.左焊缝液固相变瞬态求解进行瞬态求解，分析左焊缝液固相变过程（分析时间：10011100s）。（1）删除温度载荷从主菜单中选择SolutionDefine LoadsDeleteThermalTemperatureOn Nodes,在弹出的对话框中点【Pick All】，在弹出的约束条件删除对话框中选TEMP，完毕点击【OK】。（2）瞬态求解设置从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，在弹出的对话框中设定TIME为1100，DELTIM为1，AUTOTS设置为42生死单元案例焊接ON，Minimum time step size设置为0.5，Maximum time step size设置为10，然后点击【OK】。从应用菜单中选择SelectEverything，选择所有对象。（3）求解从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。16.左焊缝凝固过程瞬态求解进行瞬态求解，分析右焊缝凝固过程（分析时间：11002000s）。（1）瞬态求解设置：从主菜单中选择SolutionLoad Step OptsTime/FrequencTime-Time Step，在弹出的对话框中设定TIME为2000，DELTIM为100，Minimum time step size设置为10，Maximum time step size设置为200，然后点击【OK】。（2）求解从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS。43生死单元案例焊接17.后处理（1）显示1s和2s后温度场分布云图从应用菜单中选择PlotCtrlsWindow ControlsWindow Options,在弹出的对话框的INFO中选择Legend ON,DATE中选择No Date or Time,然后点击【OK】。44生死单元案例焊接从主菜单中选择General PostprocRead ResultBy Pick,弹出下图所示的结果读取对话框，选中第1个载荷步的分析结果后，点击【Read】,然后【Close】。45生死单元案例焊接从主菜单中选择General PostprocPlot ResultContour PlotNodal Soul,在弹出的对话框中选择DOF solutionNodal Temperature,点击【OK】。如下图所示：46生死单元案例焊接第1载荷步温度分布云图如下图所示：47生死单元案例焊接按同样的方法读取第2步（时间为2s）的温度分布云图（先Read 再Plot）48生死单元案例焊接（2）显示100s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第25步（时间为100s）的温度云图结果：49生死单元案例焊接（3）显示1000s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第37步（时间为1000s）的温度云图结果：50生死单元案例焊接（4）显示1001s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第38步（时间为1001s）的温度云图结果：51生死单元案例焊接（5）显示1002s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第39步（时间为1002s）的温度云图结果：52生死单元案例焊接（6）显示1100s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第60步（时间为1100s）的温度云图结果：53生死单元案例焊接（7）显示2000s后温度场分布云图：同上述方法一样，读取第68步（时间为2000s）的温度云图结果：54生死单元案例焊接（8）生产零件焊接过程动画从应用菜单中选择PlotCtrlsAnimateOver Results,在弹出对话框的Model result data中选择Load Step Range,在Range Minimum,Maximum中输入1，6，在Display Type中的左侧选中DOF solution,右侧选择Temperature TEMP,将Auto contour scaling设置为ON，点击【OK】。放映过程中，PlotCtrlsAnimateSave Animate可存储动画。55生死单元案例焊接