实例2-焊缝的残余应力及温度场分析

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1、实例2---焊缝的残余应力及温度场分析本实例说明瞬态热结构耦合问题及死活单元的运用，其命令流方式给出了多级焊缝模式（完全模拟焊接这一连续的过程，但不考虑结构分析的瞬态效应，而只考虑热分析的瞬态效应），GUI操作方式给出了两级焊缝模式（操作上两级焊缝与多级焊缝本质一致。均利用载荷步和死活单元）。该实例的难度稍大，建议读者要在对ANSYS求解热结构耦合问题以及非线性问题（主要指塑性问题）有一定的了解之后学习；否则很难真正弄明白。7.6.1问题描述如图7-85所示为焊缝的剖面示意图，用铝焊将钢和铜接在一起，求在焊接后的焊接残余应力以及在焊接过程

2、中的温度变化。假定没有对流和辐射，结构左面固定约束，左右两边界均给定20℃的温度约束。从左至右的材料了依次是钢、铝和铜。其中钢和铜的初始温度是环境温度20℃，铝是1500℃。图7-85焊缝模型简图各种材料的属性见表7-4材料摄氏温度℃弹性模量Pa屈服强度Pa切变模量Pa材料密度kg/m3泊淞比传热系数W/（m℃）线胀系数1/℃比热容J/(kg℃)钢201.93e111.2e91.93e1080300.2916.31.78e-55025001.5e110.933e91.5e1010000.7e110.435e90.7e1015000.1e1

3、10.07e90.1e1020000.01e110.007e90.01e10铜201.17e110.9e91.17e1089000.33931.66e-53855000.9e110.7e90.9e1010000.3e110.23e90.3e1015000.05e110.04e90.05e1020000.005e110.004e90.005e10铝201.02e110.8e91.02e1048500.37.449.36e-65445000.5e110.4e90.5e1010000.08e110.07e90.08e1015000.001e11

4、0.001e90.001e1020000.0001e110.0001e90.0001e107.6.2GUI操作方式1、定义工作文件名及工作标题（1）定义工作文件名：执行UtilityMenu/File/ChangeJobname对话框中输入文件名Weld,单击OK按钮。（2）定义工作标题：执行UtilityMenu/File/ChangeTitle对话框中输入文件名Weld,单击OK按钮。（3）关闭坐标符号显示：执行UtilityMenu/Plotctrls/WindowControls/WindowOptions命令，弹出WindowO

5、ptions对话框。在Locationoftriad下拉列表框中选择NOShown选项,单击OK按钮。1、定义单元类型及材料属性（1）定义单元类型：执行MainMenu/Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete命令，弹出ElementTypes对话框。单击Add按钮，弹出LibraryofElementTypes对话框，如图7-86所示。在左右列表框中分别选择CoupledField和VectorQuad13选项，单击OK按钮。图7-86LibraryofElementTypes对话框（2）设置单元

6、选项：单击ElementTypes对话框的Options按钮，弹出PLANE13elementtypeoptions对话框，如图7-87所示。在K1和K3下拉列表框中分别选择UXUYTEMPAZ及Planestrain选项，单击OK按钮，单击Close按钮。图7-87PLANE13elementtypeoptions对话框（3）定义材料的弹性模量：执行MainMenu/Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels命令，弹出DefineMaterialModelBehavior窗口。双击Material

7、ModelAvailable列表框中的Structural/Linear/Elastic/Isotropic选项，弹出如图7-88所示的LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框，连续单击4次AddTemperature按钮，生成表格。在Temperature文本框中分别输入20，500，1000，1500，2000，在EX文本框中分别输入钢材在各温度时刻对应的弹性模量，在PRXY文本框中输入对应的泊淞比。单击Graph按钮，显示钢材弹性模量随温度的变化曲线，如图7-89所示。图7-88L

8、inearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1对话框图7-89钢材弹性模量随温度的变化曲线（4）设置材料的线胀系数：执行MainMenu/Preproce