[發明專利]一種三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法

有效

• 申請號: 202110056421.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112883507B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 楊夏煒;彭沖;柴小霞;馬鐵軍;王艷瑩;徐雅欣;李文亞
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 云燕春

1.一種三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法，其特征在于具體步驟如下，且以下步驟均在有限元模擬軟件ABAQUS中操作：

步驟一：建立三維線性摩擦焊模型；

首先，在有限元模擬軟件ABAQUS中建立三維線性摩擦焊模型，所述模型包括可變形體焊件和剛體焊件，所述可變形體焊件為長方體結構，剛體焊件為二維矩形結構；

然后，將可變形體焊件賦予材料屬性，再與剛體焊件疊加放置，使可變形體和剛體焊件相互接觸；之后，依次在有限元模擬軟件ABAQUS中創建分析步、設置接觸屬性、設置焊接參數、設置網格參數并劃分網格；

最后，在job模塊提交作業模擬焊接，得到線性摩擦焊接頭；

步驟二：選取微區緊湊拉伸試樣區域，并繪制應力云圖草圖；

在步驟一所得線性摩擦焊接頭中，根據Mises數值選取應力最大值的正方體結構區域，將選定的一處應力集中區域作為預制裂紋區域；再對線性摩擦焊接頭進行后處理，使用剖分功能對線性摩擦焊接頭的正面、側面以及底面進行剖分，獲取所選應力集中區域的三面應力云圖，并應用查詢功能獲取云圖各分區的應力值；將獲得的三個應力云圖剪裁至與區域相同尺寸；

在UG軟件中，應用插入光柵圖像的功能，將獲取的三個應力云圖導入，繪制草圖，保存為iges格式，用于ABAQUS軟件的調用；

步驟三：建立線性摩擦焊接頭微區裂紋擴展緊湊拉伸試樣模型；

首先，建立三個緊湊拉伸試樣模型，將所述步驟二獲得的三個方向的iges文件分別導入三個緊湊拉伸試樣模型的草圖模塊中；對建立的緊湊拉伸試樣模型按草圖進行分區，應用分區功能在緊湊拉伸試樣模型上缺口的尖端位置繪制一條直線，作為初始裂紋；

然后，對分區后的緊湊拉伸試樣模型依次設置材料屬性、裝配模型、設置分析步、設置裂紋屬性、設置載荷與邊界條件、設置網格屬性并劃分網格，以及設定疲勞參數；

最后，在job模塊中提交作業，分析數據及三個方向上的緊湊拉伸模型中裂紋擴展行為，得到三個方向裂紋擴展結果，從而預估三維線性摩擦焊接頭裂紋擴展趨勢。

2.根據權利要求1所述三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法，其特征在于：所述步驟一中可變形體焊件和剛體焊件的材料設置為高溫合金GH4169，其材料屬性包括密度、彈性和塑性性能參數、熱導率以及比熱容，其中性能參數均設置為與溫度相關。

3.根據權利要求1所述三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法，其特征在于：所述步驟一中，在step模塊創建分析步：焊接過程的模擬選用溫度-位移耦合的動態顯式分析步，分析步時長設置為8s，設置質量縮放的參數；在other功能欄中設置ALE自適應網格屬性，并對接觸面附近的大變形區賦予ALE屬性；

在interaction模塊設置接觸屬性：設置剛體焊件與可變形體焊件的摩擦系數，該系數隨溫度變化而變化，為可變形體焊件賦予換熱系數，可變形體焊件的下部環境條件為被夾持在卡具中，換熱系數設置為1000W/(m²·K)，可變形體焊件的上部環境條件為與空氣直接接觸，換熱系數設置為30W/(m²·K)；

在load模塊設置焊接參數：在載荷功能欄設置為可變形體焊件施加焊接壓力，在邊界條件功能欄為剛體焊件設置振動參數，幅值條件設置為周期函數，其中參數包括振動幅度及振動頻率；

在mesh模塊設置網格參數并劃分網格：為可變形體焊件設置網格參數，單元類型選擇溫度-位移耦合的CPE4RT四節點雙線性位移-溫度耦合平面應變四邊形單元，并勾選減縮積分和沙漏控制；為焊件添加網格，將接觸面附近的網格細化處理。

4.根據權利要求1所述三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法，其特征在于：所述步驟三中緊湊拉伸試樣模型為二維正方形結構，沿其中心軸開有矩形缺口。

5.根據權利要求1所述三維線性摩擦焊接頭CT試樣疲勞裂紋擴展模擬方法，其特征在于：所述步驟三中，為獲得形狀規則的網格，對裂紋前沿位置分區情況進行簡化處理，保證所劃分區在裂紋前沿位置為一條垂直于預制裂紋的直線，以減小網格形狀對裂紋擴展的影響。