一種基于ansys層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法
【專利摘要】一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，包括以下步驟：(1)在ANSYS中建立層疊結(jié)構(gòu)體的仿真模型；(2)模擬層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的引入過程，得到初始應(yīng)力文件；(3)加載層疊結(jié)構(gòu)體的初始應(yīng)力分兩步：①通過讀取支反力文件加載材料層的初始應(yīng)力，②通過讀取初始應(yīng)力文件加載連接層的初始應(yīng)力。本發(fā)明在現(xiàn)有初始應(yīng)力加載方法的基礎(chǔ)上，通過分兩步加載的方式，提供了一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，該方法能夠銜接不同約束條件和材料參數(shù)的多個仿真分析過程，從而更加真實的反映不同的加工工序引入的應(yīng)力對疊層結(jié)構(gòu)體應(yīng)力分布的影響。
【專利說明】—種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有限元仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通過ANSYS軟件對層疊結(jié)構(gòu)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析，能夠得到層疊結(jié)構(gòu)體各層材料上的應(yīng)力分布。許多研究在對層疊結(jié)構(gòu)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真分析時，常假設(shè)在仿真開始階段層疊結(jié)構(gòu)體模型處于零應(yīng)力狀態(tài)，直接進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。然而由于層疊結(jié)構(gòu)體在結(jié)構(gòu)仿真分析前的不同加工工序中會引入應(yīng)力，所以層疊結(jié)構(gòu)體在ANSYS結(jié)構(gòu)仿真分析的開始階段是應(yīng)該帶有初始應(yīng)力的。
[0003]目前，應(yīng)用ANSYS軟件，初始應(yīng)力的加載方法主要有初始應(yīng)力荷載法、等效溫度法和采用ANSYS中“RESTART”選項。
[0004]初始應(yīng)力載荷法主要適用于單層材料結(jié)構(gòu)，當(dāng)把初始應(yīng)力荷載法用于加載層疊結(jié)構(gòu)體模型的初始應(yīng)力時，得到的加載結(jié)果與所要加載的初始應(yīng)力值與應(yīng)變值不一致。等效溫度法是通過改變材料的參考溫度，在適當(dāng)?shù)臏夭钕?，產(chǎn)生想要得到的初始應(yīng)力應(yīng)變效果，其不足之處是通過溫度變化得到的應(yīng)變效果與非熱應(yīng)力引起的應(yīng)變效果不同，因此等效溫度法不能準(zhǔn)確加載非熱應(yīng)力類型的初始應(yīng)力。采用“RESTART”選項使設(shè)計人員能夠在前一個仿真分析結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行下一步分析，其不足之處是后續(xù)仿真過程的邊界約束條件和材料參考溫度等設(shè)置都不能在“RESTART”后進(jìn)行更改，只能繼續(xù)使用與前一個分析過程相同的約束條件和材料參數(shù)，這樣就對不同約束條件下兩個仿真分析過程的初始應(yīng)力加載造成了困難。所以上述方法均不適用于層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載。
[0005]為了能夠分析加工工序中引入的應(yīng)力對層疊結(jié)構(gòu)體中各層材料應(yīng)力分布的影響，以及使結(jié)構(gòu)仿真分析結(jié)果更加真實，基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法就成為需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是通過改進(jìn)目前已有的基于ANSYS的初始應(yīng)力加載方法，提供一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法。它采用兩次加載的方式把加工工序中引入的殘余應(yīng)力加載到后續(xù)仿真分析過程的開始時刻作為初始應(yīng)力，從而可以分析層疊結(jié)構(gòu)體在加工工序過程中引入的應(yīng)力對各層材料應(yīng)力分布的影響，并且也使結(jié)構(gòu)仿真分析的結(jié)果更加真實。
[0007]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，包括以下步驟:
[0008](I)在ANSYS中建立層疊結(jié)構(gòu)體的仿真模型；
[0009](2)模擬層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的引入過程，得到初始應(yīng)力文件；
[0010](3)加載層疊結(jié)構(gòu)體的初始應(yīng)力分兩步:①通過讀取支反力文件加載材料層的初始應(yīng)力，②通過讀取初始應(yīng)力文件加載連接層的初始應(yīng)力。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中的層疊結(jié)構(gòu)體由至少兩層板材粘接或焊接而成。
[0012]進(jìn)一步地，所述層疊結(jié)構(gòu)體的材料層由金屬、非金屬固體材料組成。
[0013]進(jìn)一步地，所述層疊結(jié)構(gòu)體為由純鐵DT4層和鐵氧體層通過焊錫層連接而成的三層結(jié)構(gòu)體。
[0014]進(jìn)一步地，所述焊錫層通過雙線性隨動強化選項來模擬其塑性特性。
[0015]進(jìn)一步地,所述焊錫層通過Garofalo-Arrhenius本構(gòu)方程來模擬其螺變特性。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，具體實施過程如下:
[0017](3.1)對建立的層疊結(jié)構(gòu)體模型施加后續(xù)仿真所需的邊界約束條件；
[0018](3.2)只對連接層讀入生成的初始應(yīng)力文件，然后殺死連接層的模型網(wǎng)格單元；
[0019](3.3)讀取所生成的材料層支反力文件，然后進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析；
[0020](3.4)仿真類型設(shè)為 restart ；
[0021](3.5)刪除加載的支反力文件，并激活被殺死的連接層的網(wǎng)格單元，再次進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析。完成層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載。
[0022]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中材料層的支反力文件是通過如下步驟得到:
[0023](a)對建立的層疊結(jié)構(gòu)體模型施加全約束，然后殺死連接層的網(wǎng)格單元；
[0024](b)讀取所生成初始應(yīng)力文件；
[0025](C)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，得到材料層的支反力文件。
[0026]在生成支反力文件時，采用ANSYS中的殺死單元技術(shù)，殺死連接層的網(wǎng)格單元，只獲得材料層的支反力；在加載初始應(yīng)力時，首先通過讀取支反力文件加載材料層的初始應(yīng)力，然后再通過讀取初始應(yīng)力文件加載連接層的初始應(yīng)力。
[0027]步驟一，在ANSYS中建立三層結(jié)構(gòu)體的實體模型和各個部件的材料模型。其中，通過雙線性隨動強化模型來模擬焊錫的塑性特性和純鐵DT4的塑性特性，通過Garofalo-Arrhenius本構(gòu)方程來模擬焊錫的螺變特性。
[0028]步驟二，采用步驟一建立的三層結(jié)構(gòu)體仿真模型，模擬三層結(jié)構(gòu)體的焊接過程，得到焊接過程的殘余應(yīng)力文件，即溫度循環(huán)過程的初始應(yīng)力文件。應(yīng)力分布云圖如圖3所示。具體操作為在焊接的模擬過程中開啟應(yīng)力文件輸出選項，開啟命令為“Inistate，write,1，，，，0, s”,生成焊接殘余應(yīng)力.ist文件。
[0029]步驟三，加載步驟二中生成的殘余應(yīng)力.1st文件，得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件。本步的特征在于:只得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件，不包括中間的焊錫。具體的實現(xiàn)過程:a)對步驟一中所建立的三層結(jié)構(gòu)體模型施加全約束，然后殺死焊錫單元；b)讀取步驟二中所生成焊接殘余應(yīng)力.1st文件，讀取命令為“Inistate, read, fname,ext” ；c)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件。
[0030]步驟四，加載三層結(jié)構(gòu)體的初始應(yīng)力分兩步:①通過讀取支反力加載純鐵DT4和鐵氧體的初始應(yīng)力，②通過讀取步驟二中的初始應(yīng)力文件，加載焊錫層的初始應(yīng)力。具體的實施過程:a)對步驟一中建立的仿真模型加載溫度循環(huán)所需要的約束條件和邊界條件；b)只對焊錫單元讀入步驟二中生成的初始應(yīng)力.1st文件，讀入命令為“Inistate,read, fname, ext”,然后殺死焊錫單元；c)讀取步驟三中所生成的支反力文件,讀取命令為“Ldread, reac, 1,1,,, fname, rst”,然后進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析；c)繼續(xù)仿真分析,仿真類型選為restart ；d)刪除f中所加載的支反力文件，并激活被殺死的焊錫單元；e)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，完成對初始應(yīng)力的加載。
[0031]有益效果:本發(fā)明采用兩次加載的方式把加工工序中引入的殘余應(yīng)力加載到后續(xù)仿真分析過程的開始時刻作為初始應(yīng)力，從而可以分析層疊結(jié)構(gòu)體在加工工序過程中引入的應(yīng)力對各層材料應(yīng)力分布的影響，并且也使結(jié)構(gòu)仿真分析的結(jié)果更加真實。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為層疊結(jié)構(gòu)體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為實施例1中的層疊結(jié)構(gòu)體為三層結(jié)構(gòu)體剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為三層結(jié)構(gòu)體在焊接過程中所引入應(yīng)力的分布云圖；
[0035]圖4為把焊接應(yīng)力作為初始應(yīng)力加載到三層結(jié)構(gòu)體中的加載效果圖；
[0036]圖5為未加載初始應(yīng)力的三層結(jié)構(gòu)體在五個溫度循環(huán)后的應(yīng)力分布圖；
[0037]圖6為采用本發(fā)明所述的方法加載了初始應(yīng)力的三層結(jié)構(gòu)體在五個溫度循環(huán)后的應(yīng)力分布圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此，在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0039]如圖1所示為層疊結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)模型，層疊結(jié)構(gòu)體由材料層和連接層組成。
[0040]實施例:
[0041]本實施例公開了一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，它采用兩次加載的方式把前一個仿真分析過程的殘余應(yīng)力加載到后續(xù)仿真分析過程的開始時刻作為初始應(yīng)力，從而可以分析層疊結(jié)構(gòu)體在加工工序過程中引入的應(yīng)力對各層材料應(yīng)力分布的影響，并且也使結(jié)構(gòu)仿真分析的結(jié)果更加真實。
[0042]如圖2所示，選擇三層結(jié)構(gòu)的層疊結(jié)構(gòu)體，其中材料層為純鐵DT4和鐵氧體，連接層為焊錫層。
[0043]具體操作步驟,如下所示:
[0044]步驟一，在ANSYS中建立三層結(jié)構(gòu)體的實體模型和各個部件的材料模型。其中，通過雙線性隨動強化模型來模擬焊錫的塑性特性和純鐵DT4的塑性特性，通過Garofalo-Arrhenius本構(gòu)方程來模擬焊錫的螺變特性。
[0045]步驟二，采用步驟一建立的三層結(jié)構(gòu)體仿真模型，模擬三層結(jié)構(gòu)體的焊接過程，得到焊接過程的殘余應(yīng)力文件，即溫度循環(huán)過程的初始應(yīng)力文件。應(yīng)力分布云圖如圖3所示。具體操作為在焊接的模擬過程中開啟應(yīng)力文件輸出選項，開啟命令為“Inistate，write,1，，，，0, s”,生成焊接殘余應(yīng)力.ist文件。
[0046]步驟三，加載步驟二中生成的殘余應(yīng)力.1st文件，得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件。本步的特征在于:只得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件，不包括中間的焊錫。具體的實現(xiàn)過程:a)對步驟一中所建立的三層結(jié)構(gòu)體模型施加全約束，然后殺死焊錫單元；b)讀取步驟二中所生成焊接殘余應(yīng)力.1st文件，讀取命令為“Inistate, read, fname,ext” ；c)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，得到純鐵DT4和鐵氧體的支反力文件。
[0047]步驟四，加載三層結(jié)構(gòu)體的初始應(yīng)力分兩步:①通過讀取支反力加載純鐵DT4和鐵氧體的初始應(yīng)力，②通過讀取步驟二中的初始應(yīng)力文件，加載焊錫層的初始應(yīng)力。具體的實施過程:a)對步驟一中建立的仿真模型加載溫度循環(huán)所需要的約束條件和邊界條件；b)只對焊錫單元讀入步驟二中生成的初始應(yīng)力.1st文件，讀入命令為“Inistate,read, fname, ext”,然后殺死焊錫單元；c)讀取步驟三中所生成的支反力文件,讀取命令為“Ldread, reac, 1,1,,, fname, rst”,然后進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析；c)繼續(xù)仿真分析,仿真類型選為restart ；d)刪除f中所加載的支反力文件，并激活被殺死的焊錫單元；e)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，完成對初始應(yīng)力的加載。初始應(yīng)力加載效果如圖4所示。
[0048]把圖3和圖4對比，兩個應(yīng)力分布圖一致，說明加載方法是正確的。
[0049]把加載了初始應(yīng)力和沒有加載初始應(yīng)力的層疊結(jié)構(gòu)體在5個溫度循環(huán)后的應(yīng)力分布云圖進(jìn)行對比，如圖5，圖6所示，兩個圖對比能顯示出初始應(yīng)力加載對三層結(jié)構(gòu)體在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)力分布是有較大影響的。
[0050]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在ANSYS中建立層疊結(jié)構(gòu)體的仿真模型； (2)模擬層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的引入過程，得到初始應(yīng)力文件； (3)加載層疊結(jié)構(gòu)體的初始應(yīng)力分兩步:①通過讀取支反力文件加載材料層的初始應(yīng)力，②通過讀取初始應(yīng)力文件加載連接層的初始應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述步驟(I)中的層疊結(jié)構(gòu)體由至少兩層板材粘接或焊接而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述層疊結(jié)構(gòu)體的材料層由金屬、非金屬固體材料組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述層疊結(jié)構(gòu)體為由純鐵DT4層和鐵氧體層通過焊錫層連接而成的三層結(jié)構(gòu)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述焊錫層通過雙線性隨動強化選項來模擬其塑性特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述焊錫層通過Garofalo-Arrhenius本構(gòu)方程來模擬其螺變特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述步驟(3)中，具體實施過程如下: (3.1)對建立的層疊結(jié)構(gòu)體模型施加后續(xù)仿真所需的邊界約束條件； (3.2)只對連接層讀入生成的初始應(yīng)力文件，然后殺死連接層的模型網(wǎng)格單元； (3.3)讀取所生成的材料層支反力文件，然后進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析； (3.4)仿真類型設(shè)為restart ； (3.5)刪除加載的支反力文件，并激活被殺死的連接層的網(wǎng)格單元，再次進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析。完成層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ANSYS層疊結(jié)構(gòu)體初始應(yīng)力的加載方法，其特征在于:所述步驟(3)中材料層的支反力文件是通過如下步驟得到: (a)對建立的層疊結(jié)構(gòu)體模型施加全約束，然后殺死連接層的網(wǎng)格單元； (b)讀取所生成初始應(yīng)力文件； (C)進(jìn)行準(zhǔn)瞬態(tài)分析，得到材料層的支反力文件。
【文檔編號】G06F17/50GK103761133SQ201410041420
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】榮麗梅, 于慶偉, 肖聰, 周龍, 杜江鋒 申請人:電子科技大學(xué)