* fichier soudage7.dgibi * section : thermique conduction convection rayonnement mecanique plastique *----------------------------------------------------------------------* * S O U D A G E 7 . D G I B I * *----------------------------------------------------------------------* * Objet : * ------- * * Exemple de simulation thermomecanique du soudage d'un raidisseur * sur une plaque avec apport de matiere (4 passes). Les materiaux sont * en acier inoxydable (316 L). * On modelise la conduction, la convection et le rayonnement avec le * milieu ambiant. La source de chaleur suit une distribution gaussienne. * * Le materiau a un comportement mecanique elastoplastique a * ecrouissage isotrope lineaire. * On resout la thermique et la mecanique separemment, par deux appels * distincts a la procedure PASAPAS. * * L'apport de matiere est defini a l'aide d'un chargement de nom MODE * qui decrit l'evolution du modele au cours du temps. Un chargement de * nom MATE definit celle de ses caracteristiques. * * La procedure SOUDAGE permet de definir la sequence de soudage et * d'indexer les elements du maillage des cordons de soudure en fonction * de l'evolution de l'outil le long de la trajectoire de soudage. * * Description : * ------------- * * Type de calcul : Thermique Transitoire, Mecanique non lineaire materiau * Mode de calcul : 3D * Type d'element : CUB8, PRY6 * Chargement : Source de chaleur, Convection, Apport de matiere * *----------------------------------------------------------------------* * * Pour affichage traces, mettre IG1 a VRAI : IG1 = faux ; * Pour calcul complet, mettre icomplet a VRAI : icomplet = faux ; *opti trac psc eptr 5 ; *----------------------------------------------------------------------* * Donnees du probleme * *----------------------------------------------------------------------* * *----------------------- Parametres geometriques ----------------------* * Geometrie pieces a souder : * la1 : largeur plaque (m) * hr1 : hauteur du raidisseur (m) * lw1 : longueur a souder (m) * ep1 : epaisseur plaque (m) * er1 : epaisseur raidisseur (m) la1 = 60.e-3 ; hr1 = 40.e-3 ; lw1 = 30.e-3 ; ep1 = 30.e-3 ; er1 = 10.e-3 ; de1 = 1.5e-3 ; de2 = 5.e-3 ; de3 = 15.e-3 ; * Geometrie cordons : * lc1 : largeur cordons (m) lc1 = 6.e-3 ; * Pour la geometrie modelisee, section de cordon identique : Sc1 = 0.5 * lc1 * lc1 ; * Positions cordons : *--------------------- Donnees probleme thermique ---------------------* * CI / CL : * Tini1 : temperature initiale : * Te1 : temperature milieu ambiant : * h1 : coefficient d'echange convectif (W/m2/K) * em1 : emissivite * tps0 : temps de maintien avant debut deplacement torche (s) Tini1 = 20. ; Te1 = 20. ; h1 = 20. ; em1 = 0.5 ; tps0 = 1. ; * Parametres soudage : * Us1 : tension de soudage (V) * Is1 : Intensite de soudage (A) * Vs1 : Vitesse de soudage (m/s) * Vd1 : Vitesse de deplacement (m/s) * Vf1 : vitesse de debit de fil (m/s) * Df1 : diametre du fil (m) : pas utilisee dans le calcul * Xpas1 : pas de discretisation de l'apport de matiere (m) Us1 = 12. ; Is1 = 400. ; Vs1 = 0.3 / 60. ; Vd1 = 0.1 * Vs1 ; Df1 = 1.2e-3 ; Xpas1 = 5.e-3 ; * L'intensite de soudage est deduite du debit volumique de matiere et * de l'energie thermique qu'il faut fournir pour la fondre (on ne tient * pas compte du rendement). * A titre indicatif, calcul effectue pour l'estimer (avec : rho = 7.6e3 kg/m3, * Cp = 500. J/kg/m3, dT = 1500. degC, Qlat = 1.e9 J/m3) Is0 = Sc1 * Vs1 * (7.6e3 * 500. * 1500. + 1.e9) / Us1 ; list Is0 ; * La vitesse de fil est deduite de la section des cordons et de la vitesse * de soudage. Elle n'intervient pas dans le calcul car geometrie cordon fixee. * A titre indicatif, son calcul et affichage (m/min.) : Vf1 = Sc1 * Vs1 / (pi * Df1 * Df1 /4.) ; * Parametres modele source Gaussienne 3D : * Qtot1 : puissance thermique de la source (J) * Rg1 : "rayon" de la source Gaussienne (m) * Zg1 : "profondeur" de la source Gaussienne (m) Qtot1 = Us1 * Is1 ; Rg1 = 6.0e-3 ; Zg1 = 4.5e-3 ; *-------------------------- Donnees materiau --------------------------* * Ref. : * Camille Cambon, Issam Bendaoud, Sebastien Rouquette, Fabien Soulie. * “Influence of the first weld bead on strain and stress states in wire+arc additive manufacturing”. * The 12th International Seminar ”Numerical Analysis of Weldability”, * Institute for Materials Science, Joining and Forming (IMAT),Sep 2018, Seggau, Austria. * hal-01954354 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01954354 * * rho1 : masse volumique (kg/m3) * Tfus1 : temperature de changement de phase solide-liquide (degC) * Qlat1 : chaleur latente de fusion de l'acier (J/m3) rho1 = 7760. ; Tfus1 = 1450. ; Qlat1 = 2.e9 ; * k1 : conductivite thermique (W/m/K) en fonction de la temperature si ig1 ; fins ; * Cp1 : capacite thermique massique (J/m3) en fonction de la temperature * On derive l'enthalpie : dhdt1 = (lh2 - lh1) / 100. ; lc0 = dhdt1 * 1.e9 / rho1 ; cp1 = cp2 ; si ig1 ; tleg1 = table ; tleg1 . titre = table ; tleg1 . 1 = 'Cp derivee publi.' ; tleg1 . 2 = 'Cp utilisee' ; fins ; * Proprietes mecaniques 316L (dependantes de T) : * nu1 : coefficient de Poisson nu1 = 0.3 ; * Ym1 : module de Young (Pa) lym1 = prog 197000. 191500. 184000. 176500. 168000. 160000. 151500. 142500. 130000. 108000. 81500. 32000. 7400. ; lym1 = 1.e6 * lym1 ; * Sy1 : limite d'elasticite (Pa) lsy1 = 1.e6 * lsy1 ; * Alph1 : dilatation thermique (/K) lalph1 = 1.e-5 * lalph1 ; * Hx : module d'ecrouissage cinematique (Pa) lh1 = 1.e6 * lh1 ; * Courbes d'ecrouissage : tleg1 = table ; tleg1 . titre = table ; repe b1 nb1 ; ecro1 = ecro1 et ecroi1 ; fin b1 ; si ig1 ; fins ; *----------------------------------------------------------------------* * Maillage * *----------------------------------------------------------------------* * Repere : O1 = 0 0 0 ; X1 = 1 0 0 ; Y1 = 0 1 0 ; Z1 = 0 0 -1 ; oeil0 = 100 +100 100 ; *-------------------- Maillage Plaque et Raidisseur -------------------* * Plaque : maillage surface dans plan (0,xy) Pp1 = 0.5*er1*X1 ; Pp7 = la1*X1 ; spz0 = sp1 et Sp2 et Sp3 ; * Raidisseur : maillage surface dans plan (0,xy) * Pr1 = Pp1 : Noeuds l'arete a l'angle de la plaque et du raidisseur commun aux 2 pieces : srz0 = sr1 et sr2 ; * Extrusion maillage volumique : Sz0 = Spz0 et Srz0 ; Vs0 = Vp0 et Vr0 ; *------------------------ Maillage des cordons ------------------------* * Maillage surface cordons dans plan (O,x,y) : * Cordon 1 : * Cordon 2 : * Cordon 3 : * Cordon 4 : * Volume cordons : Suc0 = Suc1 et Suc2 et Suc3 et Suc4 ; *trac (0 0 1000) Suc0 ; * Maillage volumique de chaque cordon : * Fusion noeuds communs cordons/plaque et cordons/raidisseur mais pas plaque/raidisseur * Maillage total : V0 = Vc0 et Vs0 ; * Affichages : si IG1 ; fins ; *----------------------------------------------------------------------* * Sequence de soudage * *----------------------------------------------------------------------* * Initialisation table de soudage : tsoud1 = table ; tsoud1 . vitesse_de_soudage = Vs1 ; tsoud1 . vitesse_de_deplacement = Vd1 ; tsoud1 . puissance_de_soudage = Qtot1 ; tsoud1 . orientation_soudure = (1. 1. 0.) ; tsoud1 . diametre_de_fil = Df1 ; tsoud1 . vitesse_de_fil = Vf1 ; tsoud1 . point_de_depart = Pc1 ; * Specification de la sequence : * Delai de 0,5 s avant de faire la 1ere passe : soudage tsoud1 point tps0 ; * 1ere passe : * 2e passe : * 3e passe : * 4e passe : * Refroidissement * Sequencage maillage des cordons le long de la trajectoire : ttps1 = tab2.evolution_maillage.temps ; si ig1 ; * waam tab2 visu cach ; *dess (evol manu tab2.temps_calcules (prog 1. pas 1. (dime tab2.temps_calcules))) titr 'Temps calcules' ; fins ; *----------------------------------------------------------------------* * Modele Physique * *----------------------------------------------------------------------* *--------------------------- C.L. thermique ---------------------------* * Accrochage DDL thermique bord raidisseur sur plaque : * sinte1 : surface interieure : a retirer de la surface qui convecte * partie du raidisseur en vis-a-vis de la plaque (surface y = ymin.) sinte1 = sury0 ; * partie de la plaque en vis-a-vis du raidisseur (maillage non-conforme) sinte1 = sinte1 et supi1 ; * plan de symetrie en x=0 sinte1 = sinte1 et sux0 ; si ig1 ; fins ; *--------------------------- C.L. mecanique ---------------------------* * Condition de symetrie plan (0,y,z) : * Blocage mouvements corps rigide (traslation Ux bloquer par C.L. symetrie) * > translations suivant Uy et Uz * > rotation autour de (0,x) (blocage PP7 suivant Uz) * Condition de non-interpenetration des surface parties non conformes * maillages plaque/raidisseur : * clu4 : Uy(Sraid.) - Uy(Splaq.) > 0 ; si ig1 ; fins ; *---------------------- Modele / Carateristiques ----------------------* * Conduction / Convection : * Source thermique : evqt1 = tsoud1.evolution_puissance ; evxs1 = tsoud1.evolution_deplacement ; * Mecanique : * Tables d'evolution des modeles et caracteristiques : ttps1 = tab2.evolution_maillage.temps ; tmai1 = tab2.evolution_maillage.maillage ; tmod1 = table ; tmod2 = table ; tmod3 = table ; tmod4 = table ; tmod5 = table ; tmat1 = table ; tmat2 = table ; tmat3 = table ; tmat4 = table ; tmat5 = table ; repe b1 nb1 ; geoi1 = tmai1 . (&b1 - 1) ; geoi1 = geoi1 et Vp0 et Vr0 ; *trac nclk cach sconv1 boit (boite vc0) ; fin b1 ; * Chargements MODE / MATE : cgmod0 = cgmod1 et cgmod2 et cgmod3 et cgmod4 ; cgmat0 = cgmat1 et cgmat2 et cgmat3 et cgmat4 ; cg0 = cgmod0 et cgmat0 ; *----------------------------------------------------------------------* * THERMIQUE * *----------------------------------------------------------------------* * Liste des temps calcules : ltca0 = tab2.temps_calcules ; si (non icomplet) ; sino ; ltca1 = ltca0 ; fins ; list ltca1 ; * Liste des temps des sauvegardes : si icomplet ; fins ; list ltsg1 ; fins ; *-------------------- Resolution Thermique PASAPAS --------------------* * Table PASAPAS : tpas1 = table ; tpas1.modele = cgmod0 ; tpas1.caracteristiques = cgmat0 ; tpas1.blocages_thermiques = clt1 ; tpas1.temps_calcules = ltca1 ; tpas1.temps_sauves = ltca1 ; tpas1.celsius = vrai ; si icomplet ; tpas1.temps_sauvegardes = ltsg1 ; sauv ; fins ; pasapas tpas1 ; * Affichage temps de calcul : duree1 = (duree1 / 1000) ; dmin1 = (duree1 / 60) ; dsec1 = duree1 - (60 * dmin1) ; mess mot1 ; *------------------- Petit post-traitement thermique ------------------* si ig1 ; * Animation du champ de temperature : modf1 = tpas1.modeles.if1 ; si (ega vtra1 'PSC') ; fins ; repe b1 if1 ; modi1 = tpas1.modeles.(&b1-1) ; chti1 = tpas1.temperatures.(&b1-1) ; def1 = def1 et defoi1 ; si (ega vtra1 'PSC') ; fins ; fin b1 ; si (neg vtra1 'PSC') ; fins ; fins ; *----------------------------------------------------------------------* * MECANIQUE * *----------------------------------------------------------------------* *-------------------- Resolution Mecanique PASAPAS --------------------* * Chargement thermique : * Table PASAPAS : tpas2 = table ; tpas2.modele = cgmod5 ; tpas2.caracteristiques = cgmat5 ; tpas2.chargement = cgt1 ; tpas2.blocages_mecaniques = clu1 et clu2 et clu3 et clu4 ; tpas2.temps_calcules = ltca1 ; si icomplet ; fins ; pasapas tpas2 ; * Affichage temps de calcul : duree1 = (duree1 / 1000) ; dmin1 = (duree1 / 60) ; dsec1 = duree1 - (60 * dmin1) ; mess mot1 ; *------------------- Petit post-traitement mecanique ------------------* * Animation contrainte de von Mises : si ig1 ; si (ega vtra1 'PSC') ; fins ; repe b1 if1 ; i1 = &b1-1 ; modi1 = tpas2.modeles.i1 ; depi1 = tpas2.deplacements.i1 ; sigi1 = tpas2.contraintes.i1 ; sigi1 = 1.e-6 * sigi1 ; def1 = def1 et defoi1 ; si (ega vtra1 'PSC') ; fins ; fin b1 ; si (neg vtra1 'PSC') ; fins ; fins ; *-------------- F I N S O U D A G E 7 . D G I B I --------------* fin ;
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