Abaqus-带焊缝拉伸试验模拟的一种方法

在 Abaqus 中对焊接试样进行拉伸试验是评估焊接如何影响结构机械性能和断裂行为的有效方法。在本详细教程中，我们将对焊接拉伸试样进行建模，为母材和焊缝金属分配真实材料数据，并模拟动态显式载荷下的失效。目标是研究与未焊接试样相比，焊缝的存在如何改变应力分布和裂纹扩展。准备好了吗？让我们开始吧。

创建几何和焊缝分区

我们首先在 Abaqus 中使用挤压法创建一个 3D 可变形实体零件。该模型由两个母材区域和一个中心焊缝组成。为了确保对称性和尺寸一致，在绘制草图时应用了等长约束。该几何体被挤压至 1 毫米深度，以表示薄板。

接下来，我们对几何体进行划分，以定义焊缝区域。利用中心线和偏移尺寸，我们创建梯形焊缝轮廓，并对其进行镜像以保持对称性。然后，使用沿边扫描法，将该焊缝区域沿模型深度方向挤压。之后，每个区域（基底和焊缝）被清晰地划分，以便精确地分配材料属性。

材料特性和截面指定

        我们会在 Abaqus 中定义两种材料：母材和焊缝金属。

• 金属属性包括密度、弹性模量、塑性行为和延性损伤特性。

• 焊缝金属是从母材复制而来的，仅更新了塑性和损伤演变值。

使用“按面设置”选项为两种材料创建截面，并将其分配到各自的区域。为了直观地验证材料分配，我们切换到材料显示模式，确保基底区域和焊缝区域的颜色和分配正确。

Abaqus 中的焊接试样拉伸试验

组装和分析步定义

        由于我们使用的是单个模型，因此装配步骤非常简单。我们创建了一个动态显式步骤，并启用了质量缩放以确保模拟的稳定性。这里的一个重要调整是在场输出管理器中启用“Status”输出。否则，您将无法在失效过程中可视化裂纹或分离。

载荷、边界条件

        在试件一侧创建一个参考点，并使用耦合将其连接到一组节点。另一侧采用 Encastre 边界条件固定。参考点在 Y 方向上受到强制位移（15 mm），该位移以表格振幅（从 0 到 1）逐渐施加。

网格划分

        网格采用 1.0mm的全局单元尺寸生成。出于教学目的，网格保持了合理的粗化程度，但模拟结果仍然有意义。使用独立的部件实例，我们甚至可以将结构化细化网格应用于焊缝区域。

运行作业和后处理

        定义并提交作业后，我们会监控错误。作业成功完成。打开结果可以看到零件在拉伸下的变形情况。值得注意的是，焊缝没有失效，而是母材首先断裂，这说明焊接参数定义得当。

Abaqus 中的焊接试样拉伸试验

        然后，我们通过选择参考点处的反作用力和位移来生成力与位移图。结果是一个典型的拉伸曲线，该曲线先上升、稳定，然后下降，表示失效。该曲线可以导出到 Excel 进行进一步分析，或用于手动计算应力-应变行为。

结论

        本教程将指导您在 Abaqus 中完成焊接试样的完整拉伸试验，展示如何模拟和分析单轴载荷下的焊缝行为。如果您正在研究结构失效、焊接效应或材料力学，本示例将为您提供清晰的路线图，帮助您将焊接区域集成到模拟中。