hypermesh第一讲建立焊点讲课教案Word文件下载.docx
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除上述要求,车身焊点还有直径、点距、抗剪强度等要求。
点距是指相邻两焊点的中心距,与被焊金属的厚度、导电率、熔核大小及焊接层数。
表1给出了几种材料焊点点距的最小极限值,在实际设计中可作为下限设计参考。
对于车身焊点点距,其最小值为15-18mm,最大值为45-55mm,如低碳钢点焊点距在30-35mm,可以在局部位置采用锯齿型布置。
表1.焊点的最小点距(板厚指被换板中较薄着,单位mm)
板厚
点距
结构钢
不锈钢及高温合金
轻合金
0.5
10
8
15
0.8
12
1.0
1.2
14
1.5
20
2.0
16
25
2.5
18
3.0
30
3.5
22
35
4.0
24
表1.源于中国机械工程学会焊接学会编著《焊接手册(第1卷)-焊接方法及设备》
对于车身焊点直径,其取值范围为4-8mm,一般焊点直径可取为6mm,关键焊点直径可取为7mm。
表2给出四种钢材焊点直径的最小极限值,在实际设计中可作为下限设计参考。
表2.焊点最小直径(板厚指被换板中较薄着,单位mm)
注:
表2源于傅积和、孙玉林主编《焊接数据资料手册》
焊点失效以剪切破坏为主,其抗剪性能与其大小有直接关系,具体要求参见傅积和、孙玉林主编《焊接数据资料手册》。
焊点抗剪强度测量方式如下:
图1.1抗剪强度测量示意图
2.焊点单元
基于焊点的重要性,在汽车CAE分析中,尤其在白车身相关分析中焊点的模拟尤为重要。
Fastener(abaqus单元类型)单元、Cweld(nastran单元类型)单元和ACM单元是现在汽车行业应用最多也是广为认可的焊点模拟方法。
下面以车身接头为例,介绍在hypermesh中如何建立这三种单元。
2.1几何处理
导入几何,抽中面(以壳模拟钣金件)后如图2.1所示。
黄色为焊点几何,来自于CAD模型,用于焊点单元建立定位。
图2.1接头几何示意图
2.2部件属性设置
先定义部件属性,如图2.2所示,厚度定义在creat/edit里设置好,一定要设置厚度,否则在ACM焊点单元建立时会出现奇异(下文将会讲到)。
属性定义好之后赋予相应的部件。
也可以先画网格,再定义部件属性。
图2.2部件属性定义
图2.3赋予部件属性
2.3网格划分
先几何处理,然后根据部件尺寸和分析要求选择合适的尺寸划分网格。
如图2.4所示,选择边长均值为6mm的四边形单元划分网格。
图2.4接头的FE模型
2.4cweld焊点单元建立
nastran用户界面下,在1D板面点击connectors,如图2.5所示。
图2.51D板面
进入后点击spot,开始建立cweld焊点,如图2.6所示
图2.6spot窗口
1)location。
从location右侧的下拉菜单中选择用于焊点定位的参数。
如果焊点几何点存在,可以直接用points定位;
如果无几何点,但几何面存在,可以选择lines、nodelist、nodes;
如果仅有网格,可以选择用nodes或nodelist来定位。
此处选points,然后在操作界面中框选模型,图2.7中所见的高亮点。
图2.7焊点几何点选择
2)connectwhat
点击contact右侧的comps,选择焊点连接的部件,被选中的部件会高亮显示,如图2.8所示。
注意,当模型复杂时,可依据连接件将焊点分类,放到不同的component中。
图2.8连接件选择
3)numlayers
numlayers用以设置点焊层数,根据实际情况从下拉菜单中选择对应的层数。
此模型选择total2,如图2.8所示。
4)tolerance
tolerance用以设置容差,以便在components之间建立焊点,一般不小于连接件的中面间距。
此处设置为2.0
图2.9tolerance设置
5)type
点击type会出现焊点类型的窗口。
此处选择cweld(GA-GBELEMID),如图2.10所示,选好后点击return返回。
Type正下方的下拉菜单对建模没有影响,接受dafaultpostscript选项。
图2.10CWELD单元选择
6)diameter
diameter设置焊点直径(单位mm),此处输入5.0
7)creat
将焊点几何所在的component设为当前,点击creat。
创建好焊点的模型如图2.11所示。
图2.11FE模型
此时会自动生成一个property(图2.12),需要自己手动修改材料,如果焊点直径在diameter中设置错误,可以在HM_PWELD中修改。
图2.12property列表
2.5acm焊点单元建立
重复上述1-7步建立acm单元,只需要在第五步type选择时,从下拉菜单中选择ACM单元,此处选择acm(equivalenced-(T1+T2)/2)。
建好焊点后的模型如图2.14.
图2.13acm单元选择
图2.14acm单元选择
Acm是用六面体实体单元模拟焊点,实体的高度与连接件间距相等,实体的边长与设置的直径有关。
在建立acm单元前,如果没设置连接件的厚度属性,在建里ACM单元时会发现,生成的六面体是一个高度趋于零的六面体,导致aspact指标无限大。
这就是为什么先定义部件属性才开始网格和单元建立。
在创建好acm单元后会自动生成两个component和一个property,需手动设置生成的property里的材料。
图2.15component和property列表
2.6fastener焊点单元建立
在abaqus用户下,按照2.4节的1-7步建立fastener单元,在第五步type从下拉菜单中选择fastener单元。
建好焊点后的模型如图2.17.
图2.16fastener单元选择
图2.17acm单元选择
在创建好fastener单元后会自动生成一个焊点的component,两个property---焊点的属性和横截面属性。
图2.18component和property列表
对于焊点属性卡片里的材料选项可以不设置,横截面属性里的截面行为选项页可不设置。
图2.18HM_ConnecorSection卡片设置
图2.19HM_FastenerProperty卡片设置
3.焊点类型对结构模态的影响
焊点的分布和直径对结构刚度有直接的影响,从而导致结构模态差异。
在同一结构中,即使焊点分布和大小均相同,有限元选择不同的焊点单元,也会导致仿真结果的差异。
基于上述三种模型进行自然模态分析,其对比结果如下:
模态阶数
Cweld单元
Acm单元
Fastener单元
1
356.3
376.8
395.88
2
449.1
449.6
453.3
3
459.6
462.4
468.84
4
515.4
547.5
579.9
5
558.4
570.6
594.3
6
564.1
581.2
604.4