ANSYS带焊缝金属板热膨胀分析

ANSYS

现考虑一平板,其有两种材料组成,左侧为钢材,右侧为铁,中间采用铜进行焊接,平板的尺寸为1×1×0.2m,横截面积如下图所示:

带焊缝金属板

平板焊接完成后,初始温度为800℃,将平板放置在空气中,空气的温度为30℃,对流系数为110W/(m^2·℃),分析其在10分钟之后的温度场以及应力场。

材料属性如下表所示:

材料
属性
温度
/℃
弹性模量
/Gpa
屈服强度
/Gpa
切变模量
/Gpa
导热系数
/W/(m·℃)
线膨胀系
数/℃^-1
比热
/J/(kg·℃)
密度
/kg/m^3
泊松比
30 206 1.4 20.6 66.6 1.06E-04 460 7800 0.3
200 192 1.33 19.8
400 175 1.15 18.3
600 153 0.92 15.6
800 125 0.68 11.2
30 103 0.9 10.3 383 1.75E-05 390 8900 0.3
200 99 0.85 0.98
400 70 0.75 0.89
600 79 0.62 0.75
800 58 0.45 0.52
30 118 1.04 1.18 46.5 5.87E-06 450 700 0.3
200 109 1.01 1.02
400 93 0.91 0.86
600 75 0.76 0.69
800 52 0.56 0.51

由于问题类型为热分析类型,因此本文选择PLANE13和SOLDE5热应力耦合单元,材料设置如下图所示:

钢材弹性模量设置

钢材弹性模量设置

钢材非线性参数

钢材非线性参数

此处由于材料的线性参数(弹性模量)和非线性参数(屈服强度等)都与温度有关,需要进行多温度的设置,在APDL中可以使用MPDATA设置线性参数,TBDATA设置非线性参数与温度的关系。设置完成之后进行模型的建立。

有限元模型

有限元模型

模型的建立比较简单,根据尺寸,先采用AREA将平面建立出来,并划分好网格,之后采用VOFFST进行体积拉伸,直接拉伸出有限元模型,需要注意,在拉伸之前务必使用ESIZE设置有限元单元的尺寸,此处设置划分份数为10。

根据问题,此处采用瞬态分析,主要是需要考虑结构和温度的时间积分效应,在瞬态分析选项中将其打开:

时间积分效应

时间积分效应

之后设置时间为600s,进入加载步骤。

根据温度控制的要求,先设置总体温度为800度,采用TUNIF命令,或者在GUI中定义热力学荷载,设置完成后设置对流,对流的设置如下:

对流参数设置

对流参数设置

荷载设置完成之后,务必全选模型再进行求解。

求解

求解

由于模型较为简单,求解速度较快,可以很快的看到模型的温度场和位移场,如下图所示:

温度场分布

温度场分布

X方向应力场

X方向应力场

X方向位移场

X方向位移场

APDL代码以如下所示:

模型为测试模型,APDL代码不公开,如有需要请留言。

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