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Abaqus焊接模拟—基于Fortran的移动热源子程序


1 概述

Abaqus的二次开发一般用Python,而Abaqus中应用到的子程序(包括材料和载荷等)用Fortran编写。Abaqus的子程序接口比较多,在模拟焊接时对热源的描述只能采用子程序的方式进行加载。

2 热源

焊接时的热源其实是比较复杂的,但是为了便于计算,比较常用的做法是将热源采用高斯函数的形式进行描述。其形式如下,分别是直角坐标系下和极坐标系下。


这个方程的坐标值是基于热源中心的坐标,热源形式如图1所示:


1 热源分布

3 建模

1Part

建立一个矩形平板如图2


2 Part

2Property

定义材料属性,热导率(Conductuvity),密度(Density),弹性模量(Elastic),膨胀系数(Expansion)、塑性参数(Plastic)、比热容(SpecificHeat)。


3 Property

 

3Assembly

建立组件。

4Step

焊接模拟如果只求温度场,那么就建立Heat Transfer载荷步,如果需要热应力,那么就需要建立耦合分析步,Couple temp-displacement 。定义两个载荷步分别是焊接过程和冷却过程,同时打开大变形。


4 Step

根据需要设置Fieldoutput输出场数据和历史输出数据HistoryOutput.

5Interaction

平板的所有表面与外界存在对流传热,需要定义对流传热属性,对流传热系数Film condition,定义的时候还需要指定外界的温度。


5 Interaction

6Load

焊接热源属于体热源,需要定义Body heat flux,热源只作用于第一个载荷步,体热源的作用对象是所有的体,不单单是焊接那一部分。定义热源时选择用户自定义(User-defined),由子程序加载。


6 Heat flux

然后施加约束。

再然后通过Predefined Field Manager管理器定义初始温度。


7 Predefined Field

7Mesh

单元类型同样根据载荷步选择,热结构耦合单元对应的Coupled Temperature-Displacement类型。


8 MeshElement Type-CoupledTemperature-Displacement

8Job

创建Job,并且指定需要加载的用户子程序。


9 Jobsubroutine

9Submit

生成Input File,求解运算。

4 用户子程序

热源采用Fortran编写,主要格式如下:

SUBROUTINEDFLUX(FLUX,SOL,JSTEP,JINC,TIME,NOEL,NPT,COORDS,JLTYP,

     1                TEMP,PRESS,SNAME)

      INCLUDE'ABA_PARAM.INC'

      parameter(one=1.d0,three=3.d0)

      DIMENSION COORDS(3),FLUX(2),TIME(2)

      CHARACTER*80 SNAME

 FLUX(1)=0

     a=6*0.5*90*10*1.732

    pi=3.14159

     v=0.002

  b=COORDS(1)-v*TIME(1)

    d1=exp(-3*((COORDS(1)-v*TIME(1))**2/(0.0025)**2+(COORDS(2))**2

    $  /(0.004)**2+(COORDS(3))**2/(0.0025)**2))

    d2=exp(-3*((COORDS(1)-v*TIME(1))**2/(0.0075)**2+(COORDS(2))**2

    $  /(0.004)**2+(COORDS(3))**2/(0.0025)**2))

 

中间为过程

中间为过程

中间为过程

    RETURN

end subroutine DFLUX


!JSTEP,JINC为当前传到用户子程序的STEPINCREMENT值;

!TIME1)、TIME(2)为当前STEP TIME INCREMENTTIME的值;

!NOELNPT为积分点所在单元的编号和积分点的编号;

!CORRDS为当前积分点的坐标;

!FLUX外其他都是Abaqus传到用户子程序中的

通过速度、时间和坐标等即可编写具体的热源移动程序。

5 结果

不同时刻温度场分布:






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