生死单元技术.docx
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生死单元技术
最近在做焊接模拟分析，做了一点东西和大家一起分享一下，还有很多问题是需要和大家一起讨论的！
欢迎高手指正，谢谢～
题目：
在两个物体之间焊接一圈焊缝，分析冷却后的结构变形和应力！
模型见apdl（为了计算速度我简化了）
solution1：
热结构耦合分析可以采用直接方法，即选用耦合单元solid5，它同时包括了温度和位移自由度，同时附加了电磁特性，这里我们不关注。
我们采用瞬态分析的方法，一开始把焊接单元全部杀死，这里的杀死意味着单元的刚度等属性被赋予一个小量（默认的是1e-6）。
然后随着焊接过程依次激活单元，加载温度，认为焊料温度为1500度，也是其材料的参考温度。
焊完一圈后冷却降温！
但遗憾的是这样的分析是基于线弹性理论的，solid5单元中无法进行塑性分析。
以下是直接法的apdl程序：
/title,WeldAnalysisby"ElementBirthandDeath"
/FILNAME,welding_direct,1
/prep7
et,1,5
!
1号材料是钢
!
2号材料是焊料MG-51T
！
假设他们的刚度随温度是变化的。
MPTEMP,1,0
MPTEMP,2,500
MPTEMP,3,1000
MPTEMP,4,1500
MPDATA,EX,1,,2E+005
MPDATA,EX,1,,1.5e5
MPDATA,EX,1,,7e4
MPDATA,EX,1,,1e4
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,PRXY,1,,0.3
MPDATA,EX,2,,2E+005
MPDATA,EX,2,,1.5e5
MPDATA,EX,2,,7e4
MPDATA,EX,2,,1e4
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
MPDATA,PRXY,2,,0.3
!
材料密度（假设为常值）
mp,dens,1,8e-3
mp,dens,2,8e-3
!
热膨胀系数（假设为常值）
mp,alpx,1,1.2e-5
mp,alpx,2,1.2e-5
!
热传导系数（假设为常值）
mp,kxx,1,0.03
mp,kxx,2,0.03
!
比热（假设为常值）
mp,c,1,0.6
mp,c,2,0.6
!
由于该5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,1,1e-10
mp,murx,2,1e-10
mp,rsvx,1,1e-10
mp,rsvx,2,1e-10
!
假设焊料焊上去后的初始温度是1500℃
mp,reft,1,25
mp,reft,2,1500
!
下面建立几何模型
csys,0
k,1,7,0,0
k,2,7,0,4
k,3,56,0,4
k,4,56,0,11
k,5,60,0,11
k,6,60,0,8
k,7,60,0,0
k,8,63,0,8
k,9,63,0,11
k,12,62,0,8
k,13,62,0,-12
k,14,60,0,-12
k,10,0,0,0
k,11,0,0,1
a,1,2,3,4,5,6,7
a,5,6,8,9
a,7,6,12,13,14
ET,2,SHELL63
!
划分单元
esize,2
type,2
mat,1
amesh,1,3,2
mat,2
amesh,2
TYPE,1
EXTOPT,ESIZE,25,0,
EXTOPT,ACLEAR,1
EXTOPT,ATTR,1,1,1
vrotat,all,,,,,,10,11,,2
cswpla,11,1
aclear,all
etdel,2
asel,s,,,18,33,15
da,all,ux,0
da,all,uy,0
da,all,uz,0
/solu
antype,4!
瞬态分析
trnopt,full
OUTRES,ALL,1
!
!
假设模型表面施加对流，冷却时也是！
allsel
sfa,all,1,conv,1.1e-5,25
!
由于第2，5体是焊料所在区域，因此，首先将该区域的单元"死"掉
vsel,s,,,2,5,3
eslv
*get,wnum,elem,,count
*dim,eorder,,wnum
*dim,ne,,wnum
*dim,ney,,wnum
*get,emax,elem,,num,max
*get,emin,elem,,num,min
mine=0
!
下面的DO循环用于将焊料区的单元按柱坐标csys11y方向排序，以便后面
!
模拟焊料逐步"生长"的过程
ii=0
*do,i,emin,emax
*if,esel（i）,eq,1,then
ii=ii+1
ne（ii）=i
*endif
*enddo
*do,i,1,wnum
*get,ney（i）,elem,ne（i）,cent,y
*enddo
*do,i1,1,wnum
miny=1000
*do,i,1,wnum
*if,ney（i）,lt,miny,then
miny=ney（i）
mine=ne（i）
j=i
*else
*if,ney（i）,eq,miny,then
miny=ney（i）
mine=ne（i）
j=i
*endif
*endif
*enddo
eorder（i1）=mine
ney（j）=1001
*enddo
max_tem=1500!
按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃
dt=1!
焊接8个单元所需的时间
t=0!
起始时间
ekill,all!
将焊接单元先杀死
esel,s,live
ic,all,temp,25
timint,0,struct
timint,1,therm
timint,0,mag
tintp,0.005,,,1,0.5,0.2
allsel
save,welding_direct,db
nsubst,1
*do,i,1,wnum,8
ddele,all,temp！
删除上一步的温度载荷
！
一次激活8个单元，作为焊料出生。
ealive,eorder（i）
ealive,eorder（i+1）
ealive,eorder（i+2）
ealive,eorder（i+3）
ealive,eorder（i+4）
ealive,eorder（i+5）
ealive,eorder（i+6）
ealive,eorder（i+7）
*do,j,1,8！
此步单元的温度加载，在每个出生单元的8个节点上施加温度
d,nelem（eorder（i）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+1）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+2）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+3）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+4）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+5）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+6）,j）,temp,max_tem
d,nelem（eorder（i+7）,j）,temp,max_tem
*enddo
t=t+dt
time,t
nsubst,1
solve
*enddo
!
冷却过程分析
time,500
ddele,all,temp
nsubst,5
solve
time,5000
nsubst,2
solve
finish
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