ACM體單元焊點疲勞案例詳解

1、背景介紹

本案例將詳細展示如何在nCode疲勞軟件中計算ACM體單元焊點疲勞壽命的全過程。ACM體單元為中間一個六面體單元，上下通過RBE3單元與薄板連接。

nCode的焊點疲勞，是在Nastran軟件基礎(chǔ)上，采用Cbar單元連接兩塊薄板模擬焊點，通過提取Cbar單元的力和力矩，及焊點周圍的shell單元的結(jié)構(gòu)應力，通過給定焊核的SN曲線進行計算其疲勞壽命。

但是采用cbar單元模擬焊點，對建模要求比較高，主要表現(xiàn)在：

1）cbar單元需要與薄板相互垂直，這樣就會導致薄板單元的節(jié)點需要人為控制以保證與垂直的cbar一一對應，這在大型模型中幾乎很難實現(xiàn)。

2）cbar單元需要有足夠的剛度，以保證結(jié)果對剛度不敏感；

因此，特別是基于第1條，越來越多的模型中采用節(jié)點不用一一對應的ACM體單元來模擬焊點。ACM體單元是一種面域連接單元，為Nastran、Optistruct等有限元軟件特有的單元類型，本例通過完整的過程，演示ACM體單元焊點的疲勞計算步驟。所涉及軟件為：

Hypermesh：建立有限元模型

Nastran：進行靜力計算

nCode：進行焊點疲勞計算

2、  ACM體單元焊點前處理

選用hm的Nastran或optistruct面板進行前處理設(shè)置（二者在該問題上設(shè)置一致）。在hm中建立兩個平板組，分別命名為shell-1，shell-2，任意劃分網(wǎng)格，賦予材料屬性和厚度屬性。

創(chuàng)建ACM體單元。使用spot功能創(chuàng)建ACM體單元，具體步驟為：1D-connector-spot：

1）location處，根據(jù)需要選擇ACM體單元焊點位置，一般用node

2）connect what 處，comp選擇焊點連接的兩個組件，本例為shell-1和shell-2；tolerance為連接容差，需設(shè)置為大于等于上下平板的間隙，但是不能大太多，以免誤連接。本例板間距1mm，容差設(shè)置1mm即可。

3）type處選擇ACM體單元的創(chuàng)建形式，推薦選用ACM（equivalence-（T1+T2）/2）；

4）diameter為ACM體單元直徑，焊核六面體單元大小，可根據(jù)實際焊點大小或者企業(yè)數(shù)據(jù)設(shè)置。

如圖所示，創(chuàng)建4個ACM體單元。

軟件會自動生成兩個comp，分別放置ACM單元的六面體實體單元和rbe3單元。其中rbe3組不用賦予任何屬性，solid組按照常規(guī)方式賦予材料和psolid屬性即可。

創(chuàng)建載荷步，常規(guī)創(chuàng)建，本例載荷工況如下：

定義卡片，按照需要定義所需卡片，SOL設(shè)置為靜力分析

PARAM定義結(jié)果文件格式為op2

Output request中需要特別注意，額外定義節(jié)點力(GPFORCE)的輸出。

提交Nastran進行計算，生成op2文件。

3、nCode中焊點疲勞計算過程

打開ncode，創(chuàng)建圖示的工作流程FEinput+SpotweldAnalysis+FEdisplay。

FEinput勾選display選項，載入op2文件，可以通過屬性查看到op2文件中的組件信息，可以看到上下板的組和ACM體單元的組。確認后退出FEinput。

在Spot weld下右鍵，進入Edit Material面板，

通過中部黑框的三個命令，將sheet和nugget材料賦予在對應位置。完成后點擊ok退出。此處選用的是ncode材料庫中自帶的材料屬性，由于是焊點分析模塊，且只有一個ACM體單元焊點組，因此可以直接在Default處賦予材料屬性即可，如有多個不同性質(zhì)的ACM體單元焊點組，可分別賦予材料。

右鍵spot weld模塊，進入Edit Load Mapping，進入載荷定義面板。

本例定義為正負1的恒幅循環(huán)。在Loading type處選擇Constant Amplitude，完成后點擊ok退出。

其他設(shè)置保持不變，點擊VCR計算命令，在FE display命令下即可查看ACM體單元焊點壽命結(jié)果。