hypermesh第一讲-建立焊点

Hypermesh 中cweld、acm、fastener焊点建立
1.车身焊点作用及技术要求
1.1焊点作用
焊接是汽车冲压件、铸造件、锻造件一种重要的方式，如点焊，缝焊。

其中点焊在车身钣金件和部分底盘件中广为应用。

它是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件有限接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化而形成扁球形的熔核，达到金属结合的一种方法。

它在整车动态或静态工况中承受着各个方向的拉应力、压应力、剪应力，因此对整车的安全可靠性有着重要的影响。

1.2焊点技术要求
焊点一般要求如下：
1）焊点有足够的机械强度
2）焊接可靠，保证导电性能。

3）焊点表面整齐、美观，如外观应光滑、清洁、均匀、对称、整齐、充满整个焊盘并与焊盘大小比例合适。

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）
0.8 12 10 15
1.0 12 10 15
1.2 14 12 15
1.5 14 12 20
2.0 16 14 25
2.5 18 16 25
3.0 20 18 30
3.5 22 20 35
4.0 24 22 35
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、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、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
2.4 cweld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2.5 1D 板面
进入后点击spot，开始建立cweld 焊点，如图2.6所示
图2.6 spot 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)connect what
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)num layers
num layers 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2.9 tolerance设置
5)type
点击type会出现焊点类型的窗口。

此处选择cweld(GA-GB ELEMID),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dafault post script选项。

图2.10 CWELD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2.11 FE模型
注：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2.12 property列表
2.5 acm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2.13 acm单元选择
图2.14 acm单元选择
注：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2.15 component和property列表
2.6 fastener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2.16 fastener单元选择
图2.17 acm单元选择
注：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2.18 component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2.18 HM_ConnecorSection卡片设置
图2.19 HM_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。