Abaqus平板对接焊接模拟实录，2021年旧案例重做

焊接模拟跑完最后一帧，残余应力云图上焊缝区纵向应力到了380MPa，跟文献值差了快一倍，肯定哪个环节出问题了。

焊接热源用DFLUX子程序，双椭球模型，前半球长a=4mm，后半球长b=8mm，宽度c=3mm，深度d=2mm，热源功率Q=UIη，电压24V，电流200A，效率0.8。移动速度3mm/s，沿焊缝方向。生热率分配前半球0.6后半球1.4。子程序里用COORDS取积分点坐标，TIMINC取时间增量，判断热源当前位置，高斯分布算热流密度。平板尺寸200×100×6mm，对接焊缝，开V型坡口，坡口角度60°，钝边2mm。

材料用Q345，密度7850，比热容460，导热系数随温度变，20°C时50，800°C时降到25。相变潜热用等效比热容法塞进去，固相线1450°C，液相线1500°C。热膨胀系数1.2e-5，弹性模量随温度衰减，20°C时206GPa，600°C时掉到80GPa左右。塑性用各向同性硬化加随动硬化混合，Ziegler模型。这些参数从JMatPro算出来导出，手动往ABAQUS里敲，敲错一个数就得重来。

热分析步用Heat Transfer，瞬态，总时间200s，初始增量0.01s，最小1e-6，最大1s。*HEAT TRANSFER, DIRECT，*DFLUX，*FILM定义对流换热，膜系数15 W/m²K，*RADIATE定义辐射，发射率0.8。热源走过之后加冷却步，空冷到室温。温度场算完存成ODB，再读进来做应力分析。应力分析用Static, General，把温度场作为预定义场读入，*TEMPERATURE, FILE=job_heat.odb。

加载步边界条件：对称面用XSYMM和YSYMM，底面约束竖向位移，防止刚体位移。焊缝区网格加密，最小尺寸0.5mm，远离焊缝用2mm过渡。单元类型热分析用DC3D8，应力分析用C3D8R。网格过渡用Tie约束绑定，别用Shared Nodes，跨网格密度Tie更容易收敛。

有一次做一个12mm厚板的焊接，双面V型坡口。周五下午提交，机房里空调坏了，热得跟蒸笼一样，跑热分析跑了四个多小时，温度场出来一看，焊缝区最高温度到了1800°C，比预期低了300°C。检查DFLUX，发现子程序里热源坐标用的COORDS(1)是全局坐标，忘了减去焊接起始点的偏移量，热源实际走到板子外面去了。改了坐标偏移重新提交，温度场对了，但应力分析又崩了。读温度场的时候时间步不匹配，热分析和应力分析的时间步长不一样，*TEMPERATURE, FILE插值直接报错。把两个分析步的时间增量对齐，热分析写场输出的时候Frequency设成跟应力分析一样的步长，才跑通。前前后后折腾了三天，真正算的时间不到六个小时。

焊接残余应力跟拘束条件关系很大，完全自由和刚性拘束算出来能差两倍。实际工况下夹具的拘束程度得根据装夹方式估算，全刚性约束算出来的残余应力偏高，不适合直接跟实测对比。热源参数反演是个办法，用实测熔池形状反推热源尺寸和效率，比用经验公式准。文献里双椭球参数各家取法不一样，同一个板厚同一个焊接工艺，参数差个20%很正常。

移动热源模拟一次，网格数量少说几十万，热分析加应力分析两趟算下来，机时消耗不小。能用2D简化的时候就别上3D，平面应变假设对厚板中间截面够用，宽度方向应力分布不均的时候再考虑3D。热源简化成高斯面热源或者体热源，看熔深要求，熔深浅的用面热源凑合。生死单元模拟多道焊，填充金属逐层激活，*MODEL CHANGE, ADD=STRAIN FREE，每道焊完冷却再加下一道。

后处理看残余应力，路径定义沿垂直焊缝方向，距焊缝中心线5mm、10mm、20mm各一条。纵向应力S11和横向应力S22分别画出来，跟XRD实测值对比。D:\temp\welding\Job-1.odb，Step-2，Frame

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