[发明专利]一种石英挠性加速度计焊接残余应力仿真方法

权利要求书

1.一种石英挠性加速度计焊接残余应力仿真方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：结合焊接残余应力产生机理来选择有限元单元；激光焊接过程中，热流密度很高的激光束作用于面积很小的焊接部位，使材料局部熔化、汽化，造成被焊部位受热不均且局部产生塑性变形，冷却过程中的温度变化产生残余应力，因此选择热结构耦合单元，且需要同时满足以下条件：(1)三维六面体耦合单元；(2)具有温度自由度；(3)具有结构自由度；(4)能够进行瞬态动力学仿真；(5)能够产生塑性变形；

步骤二：建立材料模型库；包括：

a.定义单位制：由于ANSYS中数值没有单位，因此需要将各种材料属性的单位按照定义好的单位制统一；该定义单位制是指在国际单位制的基础上自定义单位制：毫米mm、克g、秒s、微安μA以及开尔文K，之后所有部件尺寸、材料属性以及载荷数值均通过此单位制换算得到；

b.输入各部件的材料属性：结合仿真类型输入仿真需要用到的各部件材料属性，仿真过程中的材料为石英、低膨胀合金、不锈钢合金；材料参数包括热仿真中需要的导热率和热膨胀系数，结构仿真中需要的密度、弹性模量、泊松比；另外，为了描述材料的塑性属性，选用双线性随动强化模型，需要输入最多五个温度点的材料的屈服极限和屈服后的弹性模量；

步骤三：建立加速度计结构模型；首先对加速度计的各结构部件进行相应的简化，只建立被焊接的软磁体、预负载环，忽略其他的部件；其次，根据结构的对称性，只建立软磁体、预负载环的二分之一模型，为了方便将整体划分为质量较高的六面体单元，将软磁体切分成几部分，分别进行建模；

步骤四：建立加速度计有限元模型；包括给各几何部件赋予材料属性以及利用扫略的方式生成网格，形成有限元模型；为了生成均匀的六面体单元，将构成结构的主要特征线划分成长度相同的等份，例如，对于圆柱体，特征线为上下圆面的外环线以及径向线；

步骤五：施加约束及载荷；包括：对称约束、零位移约束、热边界条件、预紧力、热流密度载荷；在结构对称面上施加法向对称约束；在焊接过程中，加速度计的固支部位施加各向零位移约束和预紧力；在所有与空气相接触的面上施加对流换热系数边界条件；在焊接部位施加热流密度载荷；

步骤六：进行直接热应力耦合仿真；选择仿真类型为瞬态仿真，保存数据文件并进行仿真计算；

步骤七：自然冷却，保留残余应力，保持模型不变，删除热流密度载荷，仿真自然冷却的过程，仍然进行直接热应力耦合瞬态仿真，求得在冷却过程中的温度变化和应力变化。

2.根据权利要求1所述的一种石英挠性加速度计焊接残余应力仿真方法，其特征在于：步骤五中所述的“在焊接部位施加热流密度载荷”的具体实现的过程如下：

1)定义热源中心的x、y、z坐标分别为a、b、c；定义焊接电压为Q，有效热半径为r，则热流密度为qmax＝3*Q/(π*r**2)；

2)通过*get命令读取预负载环外圆周面上单元编号的最小值nemin和最大值nemax；

3)循环变量为i，i值从nemin开始增大，步长为1，读取每个单元的中心坐标分别为xsy、ysy、zsy，则该单元中心点距离热源中心的距离为rr＝sqrt((xsy-a)**2+(ysy-b)**2+(zsy-c)**2)；

4)如果rr≤r，则对该单元施加热流密度；如果rr＞r，则对该单元不施加热流密度；

5)当i值增大至nemax，则结束循环。