焊接组件的受力分析

在对一个焊接组件进行受力分析的时候，个人认为有两种方法：

第一种方法：假定焊缝的强度够用，不对焊缝进行受力分析。此时对整个组件使用mechanica的实体单元进行网格划分。因为在mechanica中会把组件中有接触面的零件均视为一个零件，组件实际上就变成了一个零件，载荷和约束已可以在零件之间传递了。此时组件的受力分析与零件的受力分析在步骤上就没有什么区别了。

这种方法缺点是因为没有使用理想化，所以速度较慢。而且焊缝的强度也没有校核。优点是不用对焊接组件进行调整。

第二种方法：因为焊接件多数是标准板材、型材等，在分析时使用壳理想化可以大大加快解算速度。这时就产生了一个问题：板材理想化后在板子的中心位置生成midsurface。而这个midsurface多数无法与别的midsurface相连，于是造成了载荷与约束无法在零件间传递。

a)此时应使用mechanica提供的一个功能connections中的端焊、周焊或点焊将零件（midsurface)在焊缝

处“连接”起来再进行受力分析。有的资料中提过结果中如果在焊缝处显示了高应力，那就必须专门对焊缝进行受力分析。但是因为在connections的焊缝设定过程中，并无焊缝材料、焊缝宽度、焊接工艺的选项。

所以稳妥起见，要做下面的焊缝实体的受力分析

b)人工建立焊缝的实体模型并装配到组件

为了避免载荷和约束在贴合的零件面上传递，这里应人工的把零件分开一个微小的距离，使后期在mechanica分析中零件间的载荷和约束完全通过焊缝来传递

进入mechanica，改用实体单元进行网格划分

最后只需观察焊缝处的应力情况即可。

下例是二个低碳钢板（200x100x5)用5mm角焊缝焊在一起，焊缝长度2－50mm，一板材左侧端面固定，另一板材右侧端面受水平向右的拉力100N

组件如图：

[ Last edited by zlxlbean on 2004-9-29 at 11:36 ]

图片附件: part.jpg (2004-9-29 11:25, 10.65 K)

如上所述第一种方法，采用实体单元对组件进行受力分析,由组件直接进入mechanica，设定约束、材料、载荷，运行静态分析，得到如下结果：

max_disp_mag: 4.222310e-04 0.8%

max_stress_vm: 2.206539e-01 3.5%

第二种方法

创建midsurface,分别由零件进入mechanica，mec struct/strc model/idealizations/shells/midsurfaces-> New compress/shells only/showcompress

最后组件的midsurface如图

可以看出，两个midsurface之间产生的缝隙

[ Last edited by zlxlbean on 2004-9-29 at 11:37 ]

图片附件: shell_assem.jpg (2004-9-29 11:27, 4.63 K)

创建角焊缝连接connections/welds/end welds/new,完成后出现两个焊接符号运行分析，（4秒结果就出来了）

max_disp_mag: 4.190947e-04 0.0%

max_stress_vm: 2.114679e-01 0.7%

图片附件: weld_sym.jpg (2004-9-29 11:28, 6.86 K)

如图显示vonmises,在焊缝处无高应力

图片附件: shell_weld_vm.jpg (2004-9-29 11:29, 29.3 K)

如图显示max shear，在焊缝处无高应力

图片附件: shell_weld_shear.jpg (2004-9-29 11:29, 29.35 K)

保险起见下面专门对焊缝进行分析

创建焊缝实体50x5x5的角焊缝零件，装配至焊接组件，并把两块平板的贴合面分开0.5如图图片附件: solid_weld_assem.jpg (2004-9-29 11:30, 3.47 K)

进入mechanica，这里假定焊缝强度不小于母材，将母材材料FE20直接指定给焊缝零件

运行分析，结果如图最大剪应力7.941e+00,这是否是因为在边角处的应力集中引起的呢？

图片附件: result_weld_solid.jpg (2004-9-29 11:31, 21.27 K)

查看中间部位的焊缝，最大剪应力大多在0.78MPa-0.06MPa之间

图片附件: nomal_shear.jpg (2004-9-29 11:32, 19.61 K)

根据焊缝强度计算公式：最大剪应力=1.414*F/(K*(l1+l2))=1.414*100/(5*(50+50))=0.2828MPa

个人认为出现差异的原因可能因为焊缝的金相组织非常复杂，而简单地用一种材料来对焊缝的模拟不能准确地反映材料特性，同时母材料的受热区组织也有变化，材料特性也有一定的改变，所以最终计算结果与经验公式差别比较大。如果在模拟焊缝实体使用多层结构，每层结构的材料特性均有所调整，对母材受热区的材料也做适当的调整，那最终结果应该就更准确了。

以上是个人心得，不妥之处请高手PP