[发明专利]一种基于多场耦合的加速度计振动时效仿真方法

权利要求书

1.一种基于多场耦合的加速度计振动时效仿真方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：激光焊接过程仿真；包括：

a.结合焊接残余应力产生和消除的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，冷却过程中的温度变化产生残余应力；而VSR消除残余应力的原理是产生了塑性变形，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；

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，结构和振动仿真中需要的密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数，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；

c.建立加速度计几何模型；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；

d.划分网格，形成有限元模型；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；为了生成均匀的六面体单元，将构成结构的特征线划分成长度大致相同的等份，例如，对于圆柱体，特征线为上下圆面的外环线以及径向线；

e.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；

f.进行热结构耦合仿真，选择仿真类型为瞬态，设置结果输出条件，保存数据文件并进行求解；

步骤二：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，仍然进行热结构耦合瞬态仿真；

步骤三：施加振动应力，进行时域动态仿真；包括：

a.施加VSR过程的约束及载荷；包括删除激光焊接仿真过程中的零位移约束和预紧力，根据VSR试验中加速度计的固定方式施加零位移约束，并在固支点上施加随时间变化的正弦振动载荷；

b.进行振动瞬态动力学仿真，选择仿真类型为瞬态仿真，打开瞬态效应选项，设定载荷为阶跃加载，设置载荷时间和载荷子步数，设置结果输出条件，保存数据文件并进行仿真计算，求得在施加振动后焊接部位应力变化。

2.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的加速度计振动时效仿真方法，其特征在于：在步骤一e中所述的在焊接部位施加热流密度载荷，其具体做法的步骤如下：

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q max＝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ne min和最大值ne max；

3)循环变量为i，i值从ne min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ne max时，则结束循环。

3.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的加速度计振动时效仿真方法，其特征在于：在步骤三a中所述的在固支点上施加随时间变化的正弦振动载荷，其具体做法的步骤如下：

1)定义正弦振动最大振幅为DDAMP，振动频率为FREQ，振动周期数为NC，每个振动周期上取NN个点，则每个载荷步的时间间隔为dt＝1/FREQ/NN，总的载荷步数为NT＝NC*NN；

2)设置振动开始时间为tt，循环变量为i，i值从1开始增大，步长为1，则每经过1次循环时间为tt＝tt+dt，该时刻振动的幅值为dd＝DDAMP*sin(FREQ*2*π*tt)；

3)选择需要施加载荷的节点，并以斜坡方式施加振动应力dd，求解；

4)当i值增大至NT时，则结束循环。