技巧丨Ncode焊縫疲勞性能計(jì)算

2017-03-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

TASK

焊接結(jié)構(gòu)的疲勞破壞往往源于焊縫的應(yīng)力集中區(qū)。焊縫通常存在未焊透、夾渣、咬邊、裂紋等焊接缺陷。這些先天缺陷往往導(dǎo)致疲勞裂紋直接越過萌生階段,縮短疲勞裂紋斷裂過程。由于焊接缺陷、焊縫尺寸形狀等因素的隨機(jī)性,如何通過保守的標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算焊縫的疲勞強(qiáng)度是我們比較關(guān)心的技術(shù)問題。

SOLUTION

在nCode中,薄板部件和厚板部件的焊縫疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法不同。薄板部件的焊縫疲勞計(jì)算方法采用的是由Volvo汽車公司和查爾姆斯(Chalmers)理工大學(xué)提出,并與nCode合作開發(fā)的計(jì)算方法。該方法被特別用于薄鋼板(一般為1-3mm厚度)焊接的汽車部件。它使用的基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力的計(jì)算方法,具有相當(dāng)普遍的適用性。而對(duì)于較厚部件,可以采用《ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范VIII(Division 2)》進(jìn)行實(shí)體單元建模,其疲勞計(jì)算方法也包括在nCode焊接模塊中。

對(duì)于薄板焊縫,其方法是基于應(yīng)力疲勞壽命計(jì)算方法,但是需要在焊縫處做特殊處理。

以角焊縫為例,焊縫一般由一行傾斜的shell單元或兩行shell單元表示。焊縫單元還需要具有不同的屬性設(shè)置,單元法向也要嚴(yán)格控制,同時(shí)其傾斜距離及焊喉厚度都應(yīng)該滿足經(jīng)驗(yàn)要求。

焊喉處的應(yīng)力可以采用FE應(yīng)力,也可以采用讀取的FE的力和力矩、位移和轉(zhuǎn)角推導(dǎo)出焊喉的應(yīng)力,再進(jìn)行疲勞計(jì)算。如下圖所示,是某汽車零部件的焊縫疲勞分析流程。

對(duì)于厚部件,nCode采用ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范,通過應(yīng)力積分提取焊縫應(yīng)力,再進(jìn)行焊縫的強(qiáng)度計(jì)算。

焊縫處應(yīng)力積分

焊縫的疲勞壽命

BENEFIT

很多焊接結(jié)構(gòu)的厚度在1-3mm以內(nèi),可以采用Ncode提供的經(jīng)驗(yàn)性的焊縫建模方法,對(duì)其焊縫疲勞性能進(jìn)行研究。該方法已經(jīng)成熟應(yīng)用于汽車行業(yè)。
對(duì)于厚板結(jié)構(gòu),nCode采用《ASME鍋爐和壓力容器規(guī)范VIII(Division 2)》中的焊縫熱點(diǎn)應(yīng)力積分方法,進(jìn)行疲勞計(jì)算。因此,該方法可以用于鍋爐、壓力容器等厚板結(jié)構(gòu)的焊縫疲勞計(jì)算。

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