也论：激光成形、三维焊接，热－应力耦合，单元生死，材料非线性问题！

ma_liang1978

目前使用Ansys进行激光成形、修复、三维堆焊等工艺的温度场、应力场分析已经成为研究热点，随着研究的深入，大家对有限元也有了较深入的了解，应该清楚：几何模型、网格划分、对流边界条件施加、激光等效边界条件（温度等效、面热源或体热源等效）、单元生死在堆积和修复工艺中的应用，理解顺序间接耦合热应力分析方法，以及Ansys相关知识，但是由于Ansys是通用有限元分析工具，导致对于上述问题的研究往往还是需要精心的设计和调试APDL命令，稍有不慎就会导致产生各种问题：结果奇怪、计算不收敛或计算结果严重失真等情况。

本人在进行激光成形过程热－应力分析时，遇到下述问题：

1.温度场计算：
   采用移动热源，单元生死仿真材料堆积成形过程，计算结果稳定、可靠，经过验证结果正确；

2.热应力计算：（存在几点疑惑，请探讨）
   材料采用双线性随动强化模型，弹性模量、屈服极限、剪切模量、泊松比、膨胀系数进行了正确设定；

   问题1
           在计算过程中，当前位置由于激光将材料完全熔化，所以杀死相应位置的单元，其他单元正常参与计算（？）
           发现：如果选择节点温度高于熔点的单元全部杀死，则杀死的单元较多；如果采用单元的平均温度作为是否杀死的判据，则杀死的单元较少，并发现，杀死较多单元时，热应力计算稳定，但杀死较少单元时，计算容易发散，得不到结果；
           疑惑：究竟如何判断哪些单元为零应力单元（熔化的单元应该为零应力单元，如果判断哪些单元熔化，节点－平均温度－角点等等？）

    问题2
          在计算过程中，当温度场计算得到后，将温度场分析模型转变为应力场分析模型（Solid70－>Solid45），这是需要设定力学边界条件，如果我打算观察板材在无约束情况下的变形情况，如何设计约束边界条件？
          我采用板材几何中心点UX/UY/UZ固定，并取X、Y平面的中垂面做相应约束，即十字约束，但是变形总是较小，与实验结果相去甚远，应该是约束有问题，到底由温度场引起板材的自由变形时，如何设计边界约束？？
          我考虑采用单边约束，考察板材变形情况，正在进行！

    总而言之，温度场计算相对简单，已经没有问题，热应力场计算容易出现的问题： 力学边界约束、材料属性、网格划分、单元生死的设定常常导致热应力结果不收敛，是当下的主要问题。


有从事激光成形、三维焊接的朋友，欢迎交流，QQ：394646034 Mark 西北工业大学
                                                                                                                                              2008 09 26

xbzhang

坐个沙发，看看其他人怎么说？
另：我觉得金属达到塑性后的应力就很小了，用不着达到熔点，那都是液态，都流动了，哪有应力啊。但是熔点以下的什么温度就说不好了。

lizhongkai

哥哥
说得很好
顶

flyhighwxh

好，支持！

cat_Tom

请上传图片和命令流，热分析的，应力分析的，这样才好交流。

cat_Tom

另外，请描述一下你做试验时的力学边界条件，最好有图片，这样才能判断你在ansys设定的边界条件是否符合实际。

zxw19851015

为什么要命令流才能交流?

acailaogu

西工大的研究生？！很好很强大！！

acro

坐个板凳先
关于热应力边界条件的设定，如果只关心热应力而不关心变形，则无需设置任何力边界条件，程序自己会用weak spring约束
如果想计算变形，模型又具有对称性，则可在对称面施加边界条件
如果模型不具对称性，就比较麻烦了
我用了单元生死的方法，貌似解决了这个问题，

日后在讨论，要去开会了

sunnygu

打算marc做分析，学习理论和经验。

carptin

有没有命令流让参考一下？？
1.我的热分析中，直接分析热-结构耦合时没有得到残余应力，不知道是怎么回事？？？

2.间接分析时，结果不收敛，该采取什么措施？

3.直接分析时用solid5有没有问题？我要得到塑性应变引起的残余应力。

4.间接分时时用solid70---solid45能不能得到我想要的结果？

5.在其它参考书中看到有人用solid98，不知道单元选用有什么根据？

下面是我用间接法时的命令流,只可惜计算不收敛，得不到任何结果，麻烦高手给指导一下：


热分析如下：
fini
/clear
/config,nres,1000000
/filname,aa
/prep7
et,1,solid70

mp,kxx,1,20.4
mp,kyy,1,20.4
mp,kzz,1,20.4
mp,c,1,523
mp,dens,1,4570
mp,alpx,1,7.06e-6

blc4,,,0.01,0.01,0.005
wpoffs,0.0046
wprota,,,90
vsbw,all
wpoffs,,,0.0008
vsbw,all
lsel,s,length,,0.0046
cm,l1,line
lesize,l1,,,5,0.25
lsel,s,length,,0.005
lsel,u,,,9,12,3
cm,l2,line
lesize,l2,,,5,0.25
lsel,s,,,9,12,3
cm,l3,line
lesize,l3,,,5,4
lsel,s,length,,0.01
cm,l4,line
lesize,l4,0.0002
lsel,s,length,,0.0008
cm,l5,line
lesize,l5,0.0002
wpcsys
vmesh,all
/solu
tunif,20
antype,trans
nropt,full
autots,on
kbc,1
timint,on
nsel,s,loc,x,0
nsel,a,loc,x,0.01
sf,all,conv,20,20
nsel,s,loc,y,0
nsel,a,loc,y,0.01
sf,all,conv,20,20
nsel,s,loc,z,0
sf,all,conv,20,20

nsel,s,loc,x,0.0046,0.0054
nsel,r,loc,z,0.005
cm,nodecm,node

*do,i,1,50
local,12,1,0.005,0.0002*i
time,10/5/50*i
deltim,0.01
cmsel,s,nodecm
nsel,r,loc,x,0,0.0004
sf,all,hflux,1e8
outres,all,5
allsel
solve
sfdele,all,all
nsel,none
*enddo
csdele,12
csys,0
allsel
save,aa,db
save,aa,rst
finish


!!!!!!!!!!!!!!!!!下面转入结构分析中！！！！！！！！
/filname,bb
/prep7
tref,20
ETCHG,TTS  
psi=6.895e3
in=2.54e-2
mp,alpx,1,7.06e-6
mp,prxy,1,0.33

mptgen,1,14,300,100
mpdata,prxy,1,1,0.33,0.33,0.3,0.33,0.33,0.33
mpdata,prxy,1,7,0.33,0.33,0.33,0.33,0.33,0.33
mpdata,prxy,1,13,0.33,0.33
mptemp,1,0,5/9*(200-32),5/9*(400-32),5/9*(600-32),5/9*(800-32)
mpdata,ex,1,1,4.425924341E+12,4.241510826771e12,3.992010189902e12,3.817359744094e12,3.528937007874e12
mptemp,,,,,,
tb,kinh,1,5,7
tbtemp,0
TBPT,,0,0
TBPT,,0.001*9.2*in,150*1000*psi
TBPT,,0.001*10.4*in,160*1000*psi
TBPT,,0.001*11.6*in,165*1000*psi
TBPT,,0.001*12.4*in,168*1000*psi
TBPT,,0.001*13.2*in,170*1000*psi
TBPT,,0.001*14*in,170*1000*psi
TBPT,,0.001*14.4*in,170*1000*psi
tbtemp,5/9*(200-32)
TBPT,,0.001*8*in,125*1000*psi
TBPT,,0.001*8.8*in,137*1000*psi
TBPT,,0.001*9.6*in,143*1000*psi
TBPT,,0.001*11.2*in,150*1000*psi
TBPT,,0.001*12*in,152*1000*psi
TBPT,,0.001*12.8*in,153*1000*psi
TBPT,,0.001*14*in,155*1000*psi

tbtemp,5/9*(400-32)
TBPT,,0.001*6.8*in,100*1000*psi
TBPT,,0.001*8*in,115*1000*psi
TBPT,,0.001*8.4*in,120*1000*psi
TBPT,,0.001*9.6*in,125*1000*psi
TBPT,,0.001*10.4*in,128*1000*psi
TBPT,,0.001*11.6*in,130*1000*psi
TBPT,,0.001*12.8*in,132*1000*psi
tbtemp,5/9*(600-32)
TBPT,,0.001*6.4*in,90*1000*psi
TBPT,,0.001*8*in,105*1000*psi
TBPT,,0.001*8.8*in,110*1000*psi
TBPT,,0.001*9.6*in,113*1000*psi
TBPT,,0.001*10.4*in,115*1000*psi
TBPT,,0.001*11.2*in,117*1000*psi
TBPT,,0.001*12.4*in,120*1000*psi
tbtemp,5/9*(800-32)
TBPT,,0.001*6*in,78*1000*psi
TBPT,,0.001*6.8*in,86*1000*psi
TBPT,,0.001*8*in,95*1000*psi
TBPT,,0.001*8.8*in,100*1000*psi
TBPT,,0.001*10*in,105*1000*psi
TBPT,,0.001*11.6*in,110*1000*psi
TBPT,,0.001*12.4*in,112*1000*psi
/solu

allsel

a=node(0.01/2,0.01/2,0)
d,a,all
allsel
*do,i,1,50
time,i
autots,on
pred,on,,on
deltim,0.2,0.05,0.5
ldread,temp,i,,,,'aa','rth'
solv
*enddo
save,bb,db
save,bb,rst


结构分析时在加热荷载时用ldread,temp,i,,,,1,'aa','rth'
这时结果收敛，但是没有任何求得内力，为什么？？？

acailaogu

不错，，参考讨论下，，

sd9366

不错，看一下

chutianyao

好强的研究生

wxpand2004

太强了！我得加油学习了！

maible

关于剪切模量有相应的计算公式吗