1.创建几何体
首先按尺寸建立两个部件，其中焊接平板采用可变形体，搅拌针可采用分析刚体。创建的焊接平板与搅拌头部件如图6-21所示。
图6-21 焊接平板与搅拌头部件
2.设置材料属
6082-T6 铝合金的密度取 2700kg/m’，且忽略随温度的变化，其他热物理性能见表 6-7。
表6-76082-T6铝合金材料的热物理性能
由于计算过程中材料经历剧烈的动态变形，采用 Johnson-Cook模型来定义材料的力学响应。Johnson-Cook 模型是一种黏塑性材料模型，考虑了材料的应变、应变率及温度对材料强度与塑性形变的影响。Johnson-Cook 模型的形式如下：
表6-8 6082-T6 铝合金 Johnson-Cook 模型参数
3.网格划分与组装
将材料属性赋予部件后进行网格的划分，由于本例属于大变形过程，搅拌及邻近区域采用较细的网格划分(约0.2mm)，而平板单元采用较为粗大的网格(约1.5mm)。全部为六面体单元，单元类型采用热-力耦合单元C3D8RT，组装两个部件，如图 6-22 所示。
4.定义分析步与自适应区域
分析步类型选择热-力耦合显式动力学分析。这里共建立了3个分析步。第1步为预压分析步，时长 0.5s，用来模拟搅拌头压入工件过程。第2步为搅拌头开始旋转并达到工艺转速，时长0.5s。第3步为焊接步，工件开始运动，开始焊接时长为10s。所有步均需激活Nlgeom(几何非线性)选项。
在 Edit Step 对话框中选择 Mass scaling(质量放大)选项卡,进入 Mass scaling设置。质量放大是显式动力学计算中常用的加快计算速度的方法。通过在计算过程中放大材料的质量，以达到加快计算速度的目的。对于质量放大后结果的准确性，一般通过在后处理过程中比较计算全过程的动能与内能比来确定。如果在计算全过程中动能只占总内能的5%以下,则可认为质量放大后对计算结果并无显著影响，反之则要调小质量放大系数。在本例中取质量放大系数为1x10，相关设置如图 6-23 所示。
自适应区域将在网格严重扭曲时进行网格的重新划分，在本例中选取整个铝合金焊板为自适应区域。在Module下拉列表中选择Step选项，进入Step 模块，在菜单栏中依次选取Other→ALE Adaptive Mesh Domain→Edit→Step-1命令，对第一步的自适应区域进行设置，在打开的EditALEAdaptive Mesh Domain对话框中勾选 Use the ALE adaptive mesh domain below单选按钮，选择整个焊板作为自适应区域，并在Frequency(频率)文本框中输入“1”，即每一个增量步进行一次网格自适应计算;在Remeshingsweeps perincrement(每增量步网格重画扫掠)文本框中输入“10”，即每增量步进行10次网格重划，如图6-24所示。
图6-23质量放大系数设置
图6-24自适应区域及强度设置
另外两步的参数设置可参照第一步进行设定，由于可预计网格扭曲程度要比第一步严重，可适当增大网格重划强度，在Remeshingsweepsperincrement 文本框中分别输入“20”和“30”
5.设定相互接触关系
为搅拌头外表面、焊板上表面及中孔表面设置相互接触关系。在搅拌头与工件接触对中设定切向摩擦算法为罚函数法,摩擦系数取0.3;法向接触关系为Hard(相互不可侵入);界面生热系数为0.8，即界面上有80%的摩擦功转化为热，如图 6-25 所示。
图6-25相互接触关系设定
接下来，需要指定搅拌头的刚体参考点。在Interaction 模块中单击，按钮，进入参考点设置。选取搅拌头中心轴线上一点，命名为RP-1，作为其刚体参考点。单击心按钮进行约束关系设定。在打开的Create Constraint(创建约束)对话框中，选取约束种类为 Rigidbody(刚体)，并单击 Continue 按钮，选取搅拌头外表面与其参考点 RP-1，完成刚体约束。
（内容、图片来源：《焊接过程数值模拟》一书，侵删）
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