4.4.1 问题描述
SUS301L-HT不锈钢板(200mmx150mmx3mm)，表面 MIG 堆焊，如图 4-6所示。
焊接参数:焊接电流 60A，电压16.5V，焊接速度250mm/min，焊接热源的热效率可取 0.75。通过数值模拟得到焊接温度场、应力应变场及焊后残余应力与变形。
4.4.2 问题分析
这是一个简单的三维焊接问题，可采用间接耦合方式，分别计算焊接温度场与后续的应力场及焊后变形。鉴于所焊工件为薄板，可采用表面高斯分布热源型来模拟焊接热源。
首先应在 Abaqus/CAE 中建立模拟对象的几何模型、设定边界等，然后编写热源子程序，提交计算并对计算结果进行观测分析。
1.创建几何体
1)启动Abaqus/CAE，在打开的Start Session 对话框中选择 Create ModelDatabase-With Standard/Explicit Model选项，启用通用分析模块。
2)在 Module 下拉列表中选择Part 选项，进入 Part 模块。
3) 在菜单栏中选择Part→Create命令，或者在工具箱中单击西按钮，打开图4-7所示的 Create Part 对话框。
4) 将部件命名为Plate，在Modeling Space 下选择3D;在Type下选择Deformable，即三维可变形体;在Base Feature 下选择 Solid、Extrusion，即通过截面拉伸获得三维实体模型。
5)在 Approximate size(估计尺寸)文本框中输入“800”(这个尺寸大约为模型最大尺寸的4倍，并无固定限制)。单击 Continue(继续)按钮，出现画草图界面，并显示栅格。这时需要画出三维体的一个二维截面。
6)由于模型根据焊缝中心对称，建模时只需建立整体平板的一半即可。在工具栏中单击口按钮，在提示区出现提示后，分别输入(0,0)和(200,75)作为矩形截面的两个对角点，此为三维体的二维矩形截面(即上表面)，然后单击鼠标中键完成截面图形的绘制。
7)在提示区单击 OK按钮，打开Edit Basic Extrusion 对话框。在对话框的Depth(深度)文本框中输入“3”，即三维模型的厚度为3mm，单击OK 按钮生成三维部件，如图 4-8所示。
图4-7 Create Part 对话框
图4-8 三维部件图
2.设置材料属性
1)在 Module 下拉列表中选择 Property选项，进入 Property 模块，在菜单栏中选择 Material→Create 命令,或者在工具箱中单击么 按钮,打开 Edit Material 对话框。2)将材料命名为 Steel。由于在间接耦合热力分析中，第一步的焊接温度场计算是一个热过程分析，只需要输入材料的热物理性能即可。在Thermal(热性能)任务页面的 Conductivity(传导率)文本框中输入热导率，在Specificheat(比热)文本框中输入比热容，在Latent heat(潜热)文本中输入潜热，在General任务页面的 Density(密度)文本框中输入密度。
在输入性能参数的时候，需要注意两点。一是要做到单位统一，为了方便起见，统一采用 mm-t-s单位，温度的单位为K;二是焊接过程中温度变化剧烈，需要注意材料性能的温度相关性，可以通过在性能设置界面勾选Usetemperaturedependent data(使用温度相关数据)复选框，来设定相关性能在每个温度点所对应的性能数值。设置完成后，单击OK 按钮。
在本例中，SUS301L-HT不锈钢的密度可取7.8E-9tmm’(Abaqus 可采用科学计数法输入数据，如7.8E-9指的是7.8x109)，并假设其不随温度变化。潜热取2.6E+11 mJ/t，固相线温度1350K，液相线温度1723K。其他随温度改变的热物理性能参数见表 4-1。
表 4-1 SUS301L-HT 不锈钢的热物理性能参数
3) 在菜单栏中选择Section→Create命令，或者在工具箱中单击富按钮创建区域属性，即为模型中的不同区域赋予不同材料做准备。在本例中模型为一个均质体，所以创建一个分区即可。
在打开的 Create Section 对话框中定义区域名为 Weldment，在 Category 选项组中勾选Solid 单选按钮，在Type 列表框中选择Homogeneous(各向同性)选项,单击 Continue 按钮。
4) 在打开的 Edit Section对话框中选择第 2)步建立的 Steel 作为材料，单击OK 按钮完成创建。
5) 在菜单栏中选择Assign→Section命令，或者在工具箱中单击到按钮，即将建立的区域性能赋给整个分区，用鼠标指针框选整个部件，Abaqus会把选择的区域高亮化，单击提示区的 Done 按钮，打开Assign Section 对话框，单击OK按钮，部件颜色变绿说明部件已被赋予材料性能。
3.组装部件
在 Module 下拉列表中选择Assemble 选项，进入 Assembly 模块，由于此模型只有一个部件，所以完成导入即可，导入后的部件即作为一个实例出现在绘图区中。在菜单栏中选择Instance→Create命令，或者在工具箱中单击按钮，打开Create Instance 对话框，选择Plate部件，在Instance Type 下选择Independent(独立的)，即后续将在此实例上为其划分网格。设置完成后单击OK按钮，即可导入完成的平板模型。
（内容、图片来源：《焊接过程数值模拟》一书，侵删）
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