CN108182315A - 一种消除液相应变的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种消除液相应变的方法及系统，其包括：在热应力耦合模型中产生温度差；在所述热应力耦合模型中杀死温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。本发明提供的技术方案，通过将高于合金枝晶搭接温度的单元杀死，不参与应力计算，使应力应变值与现实中的值相等且都为零，从而消除了热应力耦合模型中，由有限元本身带来的液态可流动部分存在的应变问题。

Description

一种消除液相应变的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种有限元模拟仿真，具体讲涉及一种消除液相应变的方法及系统。
背景技术
有限元仿真模拟中，常常涉及液相到固相的相变过程，其中有可流动液态部分和不可流动固态部分，在不可流的固态部分形成热应力，如铸造及焊接等过程中的凝固过程。有限元软件计算热应力时，通常将整个模型处理为固态，并将可流动液态的热力学参数屈服值和硬化参数设置得极低，以达到可流动液态无应力的目的。由于所设置的可流动液态屈服值极低，在受到外力或者受到已经凝固部分产生的应力时，可流动液态部分的单元受到作用力的情况下，将产生较大的塑性应变；而在实际上，液体是流动的并具有补缩能力，并不会发生塑性变形。此外，单元在液态时产生的应变将累积到后续的应变中，导致最终结果的应变值过大，从而导致应力值偏大，造成模拟结果不准确。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种消除液相应变的方法及系统。
本发明提供的技术方案是：一种消除液相应变的方法，所述方法包括：
在热应力耦合模型中产生温度差；
在所述热应力耦合模型中杀死温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
优选的，所述在所述热应力耦合模型中产生温度差包括：
杀死所述热应力耦合模型中的所有单元；
激活所述单元中需要计算部分的单元；
计算激活的所述单元的温度场或导入激活的所述单元的温度场；
杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
优选的，用有限元软件中的单元生死命令杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
优选的，所述单元中需要计算部分的单元，包括：现实工艺中需要计算温度场的可流动的液态部分和不可流动的固态部分。
优选的，所述导入温度场包括：通过映射或者赋予每个节点温度载荷。
优选的，所述合金枝晶塔接温度为固液分界温度，所述合金枝晶塔接温度高于固相线并低于液相线；高于所述合金枝晶塔接温度为液态可流动区域，低于所述合金枝晶塔接温度为固态不可流动区域。
优选的，所述激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元，包括：
依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；
激活所述单元。
优选的，用有限元软件中的单元生死命令激活所述单元。
优选的，所述用温度场计算每个所述单元的应力应变状态，包括：通过有限元软件中的力学求解计算每个节点的应力应变状态。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种消除液相应变的系统，所述系统包括：
温度差模块：用于在热应力耦合模型中产生温度差；
选择模块：用于在热应力耦合模型中消除温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算模块：用于计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
优选的，所述温度差模块包括：
第一次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中的所有单元；
第一次激活单元：用于激活所述单元中需要计算部分的单元；
温度场单元：用于计算激活的所述单元的温度场或导入激活的所述单元的温度场；
第二次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
优选的，所述选择模块包括：
循环单元：用于依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；
第二次激活单元：用于激活所述单元。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的技术方案，将高于合金枝晶搭接温度的单元杀死，不参与应力计算，使应力应变值与现实中的值相等都为零，消除了热应力耦合模型中，由有限元本身带来的液态可流动部分存在的应变问题。
2、本发明提供的技术方案，通过温度控制，将液态可流动的单元杀死，不参与应力计算，简单有效。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本实施例中半连续铸造热力耦合轴对称模型；
图3为本实施例中半连续铸造热力耦合轴对称模型中固相部分；
图4为本实施例中未采用本方法模拟得到的应变场云图；
图5为本实施例中采用本方法模拟得到的应变场云图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
图1为一种消除液相应变的方法流程图，如图1所述：
在热应力耦合模型中产生温度差；
在所述热应力耦合模型中杀死温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
本实施例提供了计算半连续铸造热力耦合轴对称模型应变应变状态的过程：
(1)用有限元软件中的单元生死命令杀死半连续铸造热力耦合轴对称模型中所有单元；
(2)激活所需计算部分的单元，即现实工艺中需要计算温度场的可流动的液态部分和不可流动的固态部分；
(3)在半连续铸造热力耦合轴对称模型中，导入每个节点温度值，包括：通过映射或者赋予每个节点温度载荷，如图2所示；
(4)杀死半连续铸造热力耦合轴对称模型中所有单元；
(5)如图3所示：依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；并激活该单元；
(6)用有限元软件中的单元生死命令激活步骤(5)中所选单元；
(7)通过有限元软件中的力学求解计算每个节点的应力场。
每种合金的合金枝晶塔接温度不同，高于固相线并低于液相线；高于所述合金枝晶塔接温度为液态可流动区域，低于所述合金枝晶塔接温度为固态不可流动区域。
图4为未采用本方法模拟的应变分布图，在液固分界线之上的可流动区存在较大的应变，但实际上可流动液态不存在塑性应变；固相部分应变偏大。
图5为采用本方法模拟的应变分布图，在液固分界线上应变值为0，与实际相符；固相部分的应变较为采用本方法的塑性应变更合理。
基于同一发明构思，本实施例还提供了一种消除液相应变的系统，所述系统包括：
温度差模块：用于在热应力耦合模型中产生温度差；
选择模块：用于在热应力耦合模型中消除温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算模块：用于计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
实施例中，所述温度差模块包括：
第一次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中的所有单元；
第一次激活单元：用于激活所述单元中需要计算部分的单元；
温度场单元：用于计算激活的所述单元的温度场或导入激活的所述单元的温度场；
第二次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
实施例中，所述选择模块包括：
循环单元：用于依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；
第二次激活单元：用于激活所述单元。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种消除液相应变的方法，其特征在于，所述方法包括：
在热应力耦合模型中产生温度差；
在所述热应力耦合模型中杀死温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述热应力耦合模型中产生温度差，包括：
杀死所述热应力耦合模型中的所有单元；
激活所述单元中需要计算部分的单元；
计算激活的所述单元的温度场或导入激活的所述单元的温度场；
杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用有限元软件中的单元生死命令杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单元中需要计算部分的单元，包括：现实工艺中需要计算温度场的可流动的液态部分和不可流动的固态部分。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导入温度场包括：通过映射或者赋予每个节点温度载荷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述合金枝晶塔接温度为固液分界温度，所述合金枝晶塔接温度高于固相线并低于液相线；高于所述合金枝晶塔接温度为液态可流动区域，低于所述合金枝晶塔接温度为固态不可流动区域。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元，包括：
依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；
激活所述单元。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用有限元软件中的单元生死命令激活所述单元。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述用温度场计算每个所述单元的应力应变状态，包括：
通过有限元软件中的力学求解计算每个节点的应力应变状态。
10.一种消除液相应变的系统，其特征在于，所述系统包括：
温度差模块：用于在热应力耦合模型中产生温度差；
选择模块：用于在所述热应力耦合模型中杀死温度高于合金枝晶塔接温度的单元，并激活温度低于合金枝晶塔接温度的单元；
计算模块：用于计算每个所述温度低于合金枝晶塔接温度的单元的应力应变状态。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述温度差模块包括：
第一次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中的所有单元；
第一次激活单元：用于激活所述单元中需要计算部分的单元；
温度场单元：用于计算激活的所述单元的温度场或导入激活的所述单元的温度场；
第二次杀死单元：用于杀死所述热应力耦合模型中所有单元。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述选择模块包括：
循环单元：用于依次循环所述热应力耦合模型中所有单元的节点，选择所有节点的温度均低于所述合金枝晶塔接温度的单元；
第二次激活单元：用于激活所述单元。
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