6.施加边界条件
通过对搅拌头参考点施加边界条件来控制其下压及旋转,具体操作方法可参考前面章节及 Abaqus 手册,这里不再赘述。
对焊板施加边界条件时,需格外注意。因其已被定义为自适应区域,因此不能对其施加常规的约束与边界条件。
由于在进行自适应区域指定时,已指定工件整体为自适应区域,因此工件表面均为默认的滑移面。如果需要对材料的流动进行设定,以模拟焊接时工件与搅拌头的相对运动,则需要指定左右端面为欧拉面,如图6-20所示。
对于欧拉面的指定,不支持在Abaqus/CAE 视图区操作,需要在.inp 文件中完成相关设定。首先,在菜单栏中选择Tool-Surface→Create 命令创建表面,选择焊板左右端面分别创建入口面(inflow)与出口面(outflow),然后将.inp文件导出。由 Abaqus/CAE 导出.inp 文件的方法是在 Module 下拉菜单中选择 Job 选项,进入 Job模块,单击里按钮,创建并命名一个作业,如命名为fsw,再在工具栏中单击围按钮,在打开的JobManager 对话框中单击Writeinput 按钮,输出fsw.inp,其可用文本编辑器打开并编辑。
在.imp 文件中添加对下底面(滑移面)的约束,约束其在厚度方向上的位移,如:
找到对入口及出口欧拉面创建的相应位置,在*Surface关键字行增加regiontype=Eulerian参数,创建欧拉面,如:
创建欧拉面后,在相应的分步里必须对欧拉面的网格进行法向网格约束,施加网格约束形式,如:
通过指定欧拉面入口速度模拟焊接的相对运动,如:
7.模拟结果
典型温度场分布如图 6-26 所示。
图6-26 焊接5s时的温度场云图
由温度场云图可以看出,搅拌摩擦焊焊接过程中工件高温区域出现在搅拌孔及其周围,5s时最高温度达到其熔点的85%。温度场分布并非呈现对称形态,搅拌头前方温度要小于后方,但温度变化梯度较后方大。从A-A截面温度分布可以明显地看出,前进侧(AS)与后退侧(RS)的温度差异,前进侧温度要略高于后退侧。
搅拌摩擦焊焊接过程伴随着搅拌区域剧烈的塑性变形,焊接10s时的等效塑性应变云图如图 6-27 所示。
图6-27 焊接10s时的等效塑性应变云图
由等效塑性应变云图可以看出,搅拌区域均产生了较为明显的塑性变形,且前进侧的塑性变形明显高于后退侧,这是由搅拌摩擦焊焊接过程中,搅拌头带动材料旋转,致使前进侧与后退侧材料流动方向不同所致。
通过定义追踪粒子,可以方便地对搅拌摩擦焊焊接过程中材料的流动方向进行观测[62,63]。追踪粒子的设置并不支持在 Abaqus/CAE 视图区操作。在.inp 文件中通过输入如下命令可设定追踪粒子:
图 6-28给出了不同时刻追踪粒子的位置。
图6-28不同时刻追踪粒子所处位置
通过追踪粒子的观测,可以清楚地观察到材料质点的流动及绕行轨迹,为搅拌摩擦焊研究提供了直观的借鉴。
(内容、图片来源:《焊接过程数值模拟》一书,侵删)
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