[發明專利]一種石英撓性加速度計焊接殘余應力仿真方法

有效

• 申請號: 201210003049.3
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102592019A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 陳穎;劉丙棟;侯澤兵;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種石英撓性加速度計焊接殘余應力仿真方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：結合焊接殘余應力產生機理來選擇有限元單元；激光焊接過程中，熱流密度很高的激光束作用于面積很小的焊接部位，使材料局部熔化、汽化，造成被焊部位受熱不均且局部產生塑性變形，冷卻過程中的溫度變化產生殘余應力，因此選擇熱結構耦合單元，且需要同時滿足以下條件：(1)三維六面體耦合單元；(2)具有溫度自由度；(3)具有結構自由度；(4)能夠進行瞬態動力學仿真；(5)能夠產生塑性變形；

步驟二：建立材料模型庫；包括：

a.定義單位制：由于ANSYS中數值沒有單位，因此需要將各種材料屬性的單位按照定義好的單位制統一；該定義單位制是指在國際單位制的基礎上自定義單位制：毫米mm、克g、秒s、微安μA以及開爾文K，之后所有部件尺寸、材料屬性以及載荷數值均通過此單位制換算得到；

b.輸入各部件的材料屬性：結合仿真類型輸入仿真需要用到的各部件材料屬性，仿真過程中的材料為石英、低膨脹合金、不銹鋼合金；材料參數包括熱仿真中需要的導熱率和熱膨脹系數，結構仿真中需要的密度、彈性模量、泊松比；另外，為了描述材料的塑性屬性，選用雙線性隨動強化模型，需要輸入最多五個溫度點的材料的屈服極限和屈服后的彈性模量；

步驟三：建立加速度計結構模型；首先對加速度計的各結構部件進行相應的簡化，只建立被焊接的軟磁體、預負載環，忽略其他的部件；其次，根據結構的對稱性，只建立軟磁體、預負載環的二分之一模型，為了方便將整體劃分為質量較高的六面體單元，將軟磁體切分成幾部分，分別進行建模；

步驟四：建立加速度計有限元模型；包括給各幾何部件賦予材料屬性以及利用掃略的方式生成網格，形成有限元模型；為了生成均勻的六面體單元，將構成結構的主要特征線劃分成長度相同的等份，例如，對于圓柱體，特征線為上下圓面的外環線以及徑向線；

步驟五：施加約束及載荷；包括：對稱約束、零位移約束、熱邊界條件、預緊力、熱流密度載荷；在結構對稱面上施加法向對稱約束；在焊接過程中，加速度計的固支部位施加各向零位移約束和預緊力；在所有與空氣相接觸的面上施加對流換熱系數邊界條件；在焊接部位施加熱流密度載荷；

步驟六：進行直接熱應力耦合仿真；選擇仿真類型為瞬態仿真，保存數據文件并進行仿真計算；

步驟七：自然冷卻，保留殘余應力，保持模型不變，刪除熱流密度載荷，仿真自然冷卻的過程，仍然進行直接熱應力耦合瞬態仿真，求得在冷卻過程中的溫度變化和應力變化。

2.根據權利要求1所述的一種石英撓性加速度計焊接殘余應力仿真方法，其特征在于：步驟五中所述的“在焊接部位施加熱流密度載荷”的具體實現的過程如下：

1)定義熱源中心的x、y、z坐標分別為a、b、c；定義焊接電壓為Q，有效熱半徑為r，則熱流密度為qmax＝3*Q/(π*r**2)；

2)通過*get命令讀取預負載環外圓周面上單元編號的最小值nemin和最大值nemax；

3)循環變量為i，i值從nemin開始增大，步長為1，讀取每個單元的中心坐標分別為xsy、ysy、zsy，則該單元中心點距離熱源中心的距離為rr＝sqrt((xsy-a)**2+(ysy-b)**2+(zsy-c)**2)；

4)如果rr≤r，則對該單元施加熱流密度；如果rr＞r，則對該單元不施加熱流密度；

5)當i值增大至nemax，則結束循環。