[发明专利]一种石英挠性加速度计焊接残余应力仿真方法

摘要

一种石英挠性加速度计焊接残余应力仿真方法，它有七大步骤：步骤一：结合焊接残余应力产生机理来选择有限元单元；步骤二：建立材料模型库；步骤三：建立加速度计结构模型；步骤四：建立加速度计有限元模型；步骤五：施加约束及载荷；步骤六：进行直接热应力耦合仿真；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。本发明建立了基于石英挠性加速度计有限元模型的瞬态直接热应力耦合仿真方法。利用该方法，可以得到焊接点的残余应力分布，此仿真结果可以作为振动消除残余应力仿真过程的输入，为进一步研究振动时效奠定了基础。

主权项

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。