焊縫ansys強度的案例
ABAQUS應(yīng)用于設(shè)計院實際工程-鋼結(jié)構(gòu)懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
ABAQUS應(yīng)用于設(shè)計院實際工程-鋼結(jié)構(gòu)懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife 在實體焊縫疲勞分析
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強大的焊縫疲勞分析能力，由于分析過程的復(fù)雜性， ANSYS Workbench工作平臺預(yù)定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對于焊縫疲勞的相關(guān)分析，需要間接完成。
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析能夠?qū)Ρ”诮Y(jié)構(gòu)進(jìn)行，同時也能夠基于非薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實體焊縫疲勞分析，基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，對于實體網(wǎng)格建立的焊縫分析具有相當(dāng)?shù)钠者m性，相對于熱點應(yīng)力法，無需對網(wǎng)格進(jìn)行強制控制。
限于篇幅，本文僅對實體焊縫疲勞分析一般流程進(jìn)行概述。
① 基于“DesignLife theory”對實體焊縫疲勞分析方法進(jìn)行概述；
② 基于ANSYS Mechanical創(chuàng)建有限元求解；
③ 基于nCode Weldline創(chuàng)建實體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進(jìn)行實體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實體焊縫模型創(chuàng)建準(zhǔn)則
1、ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析方法
ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析理論中對于實體焊縫評估采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，與熱點應(yīng)力法（距離焊趾表面一定距離的兩點或三點，進(jìn)行線性或二次插值計算來確定焊趾處的熱點應(yīng)力值，如圖2所示）相比較，結(jié)構(gòu)應(yīng)力法對于網(wǎng)格無需特殊考慮，對網(wǎng)格敏感程度相對較低。
圖二
結(jié)構(gòu)應(yīng)力法滿足平衡條件并可以采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行計算，結(jié)構(gòu)應(yīng)力是膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力之和。結(jié)構(gòu)應(yīng)力法需要用戶自定義“Stress Classification Lines (SCL)”應(yīng)力等級線去確定膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。
展開 ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife 在實體焊縫疲勞分析
圖17
四、寫在文后
本文首先對實體焊縫疲勞分析基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力法進(jìn)行原理說明，其次對nCodeWeldline定義SCL焊縫信息文件進(jìn)行描述，給出ANSYS Mechanical進(jìn)行強度分析流程，并聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife在實體焊縫疲勞分析求解部分配置進(jìn)行簡要說明。以期許能夠?qū)嶓w焊縫疲勞的應(yīng)用起到一點提示作用。限于筆者水平，錯誤在所難免，還請指正。
作者：付穌昇，男，安世中德結(jié)構(gòu)仿真咨詢專家，中國機械工程學(xué)會機械工程師（認(rèn)證），仿真秀科普作者，目前主要從事大型機械結(jié)構(gòu)的強度、疲勞、復(fù)合材料、動力學(xué)以及優(yōu)化等有限元計算工作，編著出版《ANSYS Workbench17.0數(shù)值模擬與實例精解》一書。
展開 4/28 Ansys nCode DesignLife焊縫疲勞分析詳解
內(nèi)容簡介
首先，介紹焊縫疲勞行為特點；進(jìn)而，說明焊縫疲勞分析的名義應(yīng)力法（如：BS7608）和結(jié)構(gòu)應(yīng)力法（如：Volvo (Shell單元)& ASME (Solid單元)基本原理，在Ansys系列軟件中的實現(xiàn)流程及案例；最后，介紹Ansys Mechanical 近年在處理焊縫建模的功能改進(jìn)以及在Mechanical UI下調(diào)用nCode DesignLife開展焊縫疲勞分析的方法、流程及案例。
面向受眾
重型機械、風(fēng)電、汽車（零部件）、航空航天、造船、橋梁、電子信息、海洋鉆探及高層建筑等行業(yè)需要對焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行強度及疲勞分析的仿真工程師，相關(guān)科研人員及高校師生。
展開 
干貨 | ANSYS Ncode焊縫疲勞壽命評估方法簡介
當(dāng)需要對焊喉部位進(jìn)行壽命評估計算時，Ncode將基于焊縫單元的兩個焊縫邊計算應(yīng)力值，然后平均到中心位置。網(wǎng)格力方法要求采用線性單元。
7. Ncode焊縫疲勞壽命評估算法評估了彎曲應(yīng)力對總應(yīng)力的貢獻(xiàn)度，根據(jù)占比大小取確定，焊縫為剛性或柔性，不同的彎曲力占比，需要采用不同的S-N材料曲線，軟件會根據(jù)彎曲應(yīng)力比重S-N曲線進(jìn)行自動插值處理。
ANSYS Ncode Designlife焊縫疲勞仿真流程
角焊縫（殼體）疲勞在ANSYS nCode DesigenLife的創(chuàng)建與計算原則淺述
圖6
寫在文后:
本文僅針對角焊縫（殼體）焊縫單元創(chuàng)建和計算的準(zhǔn)則基于ANSYS nCode Theory手冊進(jìn)行編寫。水平有限，錯誤較多，另外原文成稿較早，截取原文部分并非完整，請嚴(yán)禁直接應(yīng)用于企業(yè)項目的產(chǎn)品分析以免造成重大事故和傷害。
另外，本例建立的有限元模型不能作為評估焊縫極限強度計算的數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。
最后感謝我的好友左平對我的一貫幫助和支持。
來源：仿真秀
作者：付穌昇 左平
左平 男，目前任職于RMG Steel，負(fù)責(zé)項目/技術(shù)等工作 ，擅長CAE結(jié)構(gòu)強度仿真計算以及基于規(guī)范進(jìn)行的結(jié)構(gòu)疲勞分析評估。
付穌昇 男，目前工作于安世中德咨詢有限公司，中國機械工程學(xué)會機械工程師資格（認(rèn)證），主要負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)強度、疲勞、動力學(xué)、復(fù)合材料、高級非線性、輕量化設(shè)計、尺寸優(yōu)化等相關(guān)設(shè)計與仿真工作。曾編寫出版《ANSYS Workbench17.0數(shù)值仿真教程》一本。
展開 斯姆勒精品案例：基于ANSYS子模型技術(shù)的焊縫結(jié)構(gòu)的精細(xì)化計算
基于ANSYS子模型技術(shù)的焊縫結(jié)構(gòu)精細(xì)化計算
掌握ANSYS焊縫子模型分析技巧
●技術(shù)背景
焊縫（welded seam）利用焊接熱源的高溫，將焊條和接縫處的金屬熔化連接而成的縫。焊縫金屬冷卻后，即將兩個焊件連接成整體。根據(jù)焊縫金屬的形狀和焊件相互位置的不同，分對接焊縫、角焊縫、塞焊縫和電鉚焊等；
焊接失效就是焊接接頭由于各種因素，在一定條件下斷裂（如：應(yīng)力、溫度、材質(zhì)、焊接質(zhì)量和實際使用工況條件等）。接頭一旦失效，就會使相互緊密聯(lián)系成一體的構(gòu)件局部分離、撕裂并擴展，造成焊接結(jié)構(gòu)損壞，致使設(shè)備停機，影響正常生產(chǎn)。；
焊接失效
（1）因設(shè)計不合理，存在局部剛性過大，應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
（2）材料缺陷。鑄鋼件相對于軋制板材存在著沖擊韌度差，屈服強度低的特點，還有焊接工藝制定不合理、焊接規(guī)范的運用不當(dāng)、焊接方法的選擇不正確等。
（3）焊工技術(shù)水平高低與焊接位置的好壞；還有焊接檢驗水平，包括對材質(zhì)的檢驗和焊縫檢驗等。另外，環(huán)境溫度對焊接質(zhì)量也是一個重要的影響因素。
展開 基于ANSYS的某焊接件兩焊縫在順序焊接過程中的分析（生死單元應(yīng)用案例）
關(guān)于生死單元的簡單介紹
在ansys計算過程中，如果需要向模型中加入（或刪除）實體，模型中對應(yīng)實體部位的單元就“存在”（或消亡）。單元生死選項就用于在這種情況下殺死或重新激活選擇的單元。例如，在焊接分析過程中，隨著高溫焊料的加入，坡口處的單元需要不斷地被激活；在材料斷料分析中，隨著裂紋的延伸，斷裂處的單元需要不斷的被殺死；在隧道挖掘和橋梁建立分析中，材料也需要不斷的被殺死或激活。因此，單元的生死應(yīng)用技術(shù)廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)。
單元的生死并不是ansys程序?qū)⑺绬卧獙?yīng)的實體從模型中刪除，或者激活重新生成材料，而是通過將其剛度矩陣，或者傳導(dǎo)矩陣（對應(yīng)于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認(rèn)值為1E-6。死單元的單元載荷將為0，從而不對載荷向量生效，等效于將單元殺死；同樣，當(dāng)一個單元被重新激活時，其剛度，單元載荷等恢復(fù)其原始的數(shù)值，重新激活的單元也沒有應(yīng)變記錄，在熱分析里面沒有熱量存儲。需要注意的是，生死單元對大部分單元可以應(yīng)用，然而對某些單元卻是不可用的。
在一些情況下，單元生死狀態(tài)可以根據(jù)ansys的計算結(jié)果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應(yīng)力值大于材料屈服強度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應(yīng)的單元進(jìn)行殺死，繼而返回到求解器進(jìn)行求解，如果如此循環(huán)，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數(shù)靜態(tài)和非線性瞬態(tài)分析中使用單元生死，其基本分析與相應(yīng)的分析過程是一致的，主要包括三個步驟：建模，施加載荷并求解，查看結(jié)果。
今年隨著ANSYS19.0的推出，也帶來了一個好消息：ANSYS V19.0在Workbench界面下新增了網(wǎng)格生死功能。以往我們只能在經(jīng)典界面下進(jìn)行網(wǎng)格生死操作，或者在Workbench界面下借助APDL來實現(xiàn)網(wǎng)格生死，這種操作既不方便又容易出錯。
展開 基于ANSYS的裂紋尖端應(yīng)力強度
基于ANSYS的裂紋尖端應(yīng)力強度
a 裂紋尖端應(yīng)力強度KI研究的意義
b 裂紋尖端KI的計算方法
c 裂紋尖端應(yīng)力奇異性處理
d ANSYS計算過程及結(jié)果
1、裂紋尖端斷裂力學(xué)參數(shù)研究意義
v 隨著現(xiàn)代高強材料和大型結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，一些按傳統(tǒng)強度理論和常規(guī)方法設(shè)計、制造的產(chǎn)品，發(fā)生了不少重大斷裂事故。 v20世紀(jì)50年代，美國北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動機發(fā)射時發(fā)生低應(yīng)力脆斷。 v1965年，英國某大型合成塔在水壓試驗時斷裂成兩段。 事故調(diào)查發(fā)現(xiàn) →斷裂起源于構(gòu)件中裂紋
va 傳統(tǒng)的強度理論
缺陷：傳統(tǒng)強度理論并沒有考慮材料中是否有缺陷，對有缺陷的材料，對其安全可靠性不能做出正確的判斷。
b v工程中常見的幾種裂紋
K反映了裂紋尖端應(yīng)力場的強弱程度
c K斷裂準(zhǔn)則
為材料的斷裂韌性
(1)確定含裂紋構(gòu)件的臨界載荷。G，a，KIC → Fc
(2) 確定裂紋的極限尺寸。G，F(xiàn)，KIC → a
(3) 確定帶裂紋構(gòu)件的安全性。
2、裂紋尖端KI的計算方法
解析法
f(a,w,…)為幾何修正系數(shù)
缺陷：適用于幾何簡單的板類，桿類，梁類構(gòu)件；對于較復(fù)雜得構(gòu)件，無法得到正確的解析解 。
結(jié)論：
v驗證了1/4節(jié)點處理裂紋尖端奇異性是可以的。 v
在數(shù)值法計算中，隨著平板尺寸的增大，KI的值逐漸接近于解析值。
展開 Ansys workbench應(yīng)力集中位置的靜強度評估對比
幾何模型如圖所示，楊氏模量2.1X1011pa，屈服強度355MPa，抗拉強度450MPa，斷后伸長率20%。左邊固定，右邊施加1000N垂直向下的力，計算材料的安全系數(shù)。
一、載荷約束如圖所示
二、通過軟件分析得到的應(yīng)力收斂解為188.01MPa，安全系數(shù)n1=1.89。
三、使用名義應(yīng)力法對倒角最大處求解名義應(yīng)力
對應(yīng)力最大位置獲取力矩為37000N*mm，慣性矩為810mm^4，形心距為3mm，抗彎截面系數(shù)為300 mm^3。即可獲得最大點處的名義應(yīng)力為137MPa。安全系數(shù)為n2=355/137=2.6。
三、根據(jù)《德國FKM強度評估指南》
3.1、
3.8、FKM中材料利用率與安全系數(shù)互為倒數(shù)，n3=3.4
4、通過對三種分析結(jié)果判斷
n3 >n2>n1
3.4 >2.6 >1.89
FKM安全系數(shù)最大，收劍解安全系數(shù)最小。
展開 在ANSYS中計算裂縫應(yīng)力強度因子的技巧
在ANSYS中計算裂縫應(yīng)力強度因子的技巧
裂縫應(yīng)力強度因子用ANSYS中怎么求呀。另外，建模時，裂紋應(yīng)該怎么處理呀，難道只有畫出一條線嗎？
首先說一下裂紋怎么畫，其實裂紋很簡單啊。只要畫出裂紋的上下表面（線）就可以了，即使是兩個面（線）重合也一定要是兩個面（線）；如果考慮道對稱模型就更好辦了，裂紋尖點左面用一個面（線），右邊用另外一個面（線），加上對稱邊界約束。
再說一下裂尖點附近網(wǎng)格的劃分。ansys提供了一個kscon的命令，主要是使得crack
tip的第一層單元變成奇異單元，用來模擬斷裂奇異性(singularity)。當(dāng)然這個步驟不是必須的，有的人說起用ansys算強度因子的時候就一定要用奇異單元，其實是誤區(qū)（原因下面解釋）
好了，回到強度因子的計算。其實只要學(xué)過一些斷裂力學(xué)都知道，K的求法很多。就拿Mode
I的KI來說吧，Ansys自己提供了一個辦法（displacement extrapolation）
，中文可能翻譯作“位移外推”法，其實就是根據(jù)解析解的位移公式來對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行fitting的。分3步走，如果你已經(jīng)算完了：
第一步，先定義一個crack-tip的局部坐標(biāo)系，這是ansys幫助文件中說的，其實如果你的裂紋尖端就是整體坐標(biāo)原點的話，而且你的x-axis就順著裂紋，就沒有什么必要了。
第二步，定義一個始于crack-tip的path,什么什么？path怎么定義？？看看幫助吧，在索引里面查找fracture
mechanics，找到怎么計算斷裂強度因子。（my god,我這3步全是在copy幫助中的東東啊）。
第三步，Nodal
Calcs>Stress Int Factr ，別忘了，這是在后處理postproc中啊。
展開 
基于Mechanical ANSYS的排障器強度分析
本算例對某種鐵路轉(zhuǎn)向架排障器結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，用于驗證其結(jié)構(gòu)強度。排障器結(jié)構(gòu)見下圖，排障器包括排障器梁、排障板、撒砂安裝組成，排障器梁通過上方4個Φ14安裝孔與轉(zhuǎn)向架栓接，采用M12的螺栓。另外，排障板、撒砂安裝組成采用M8的螺栓與排障器梁連接。
上述結(jié)構(gòu)都是薄板結(jié)構(gòu)，因此采用shell63單元模擬。為了較為準(zhǔn)確的模擬螺栓連接，本模型排障器梁上的所有安裝孔不做簡化處理。為了提高網(wǎng)格質(zhì)量，模型對圓孔區(qū)域進(jìn)行了切割處理，處理結(jié)果如下圖，綠色為排障板、藍(lán)色為排障器梁三視圖、黃色為撒砂安裝組成。
利用上圖模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到結(jié)果如下圖。
1）排障器所有板材采用shell63模擬，二位撒砂安裝座為3mm厚，撒砂安裝座與高度調(diào)整板重疊部分板厚為8mm（3mm+5mm），其余板材為5mm。板材之間焊縫采用粘接近似。
2）排障板、排障器梁、撒砂安裝組成之間螺栓采用beam188梁單元，其中與構(gòu)架連接螺栓為M12，其余螺栓M8。Beam188與shell63間采用剛性連接模擬。
3）排障板與排障器梁之間接觸面積較大，而且在承受載荷時，兩者之間不僅僅通過螺栓傳遞載荷，因此在兩者之間采用了contact pair。
4）單元數(shù)量12550，節(jié)點數(shù)量9509，網(wǎng)格大小5~10mm。所有板材采用Q355GNH，屈服強度為355MPa，抗拉強度為490MPa。
5）邊界條件為：對連接構(gòu)架M12螺栓（beam188）的構(gòu)架端進(jìn)行全自由度約束，見下圖。根據(jù)EN13749確定超常載荷工況見表1，對整體施加慣性載荷。另外，為了驗證排障板能承受的最大沖擊力，定義特殊載荷工況見表2，按下圖施加壓力載荷。壓力Fz作用于一個接近中心的位置節(jié)點，與排障板上一定范圍的節(jié)點剛性連接，從而傳遞載荷，見下圖。
展開 管道疲勞強度分析及優(yōu)化(Ansys Workbench)
本文利用SolidWorks軟件建立了管道三維模型，然后導(dǎo)入ANSYS Workbench中得到有限元模型；利用ANSYS軟件將管道分為液體作用環(huán)境和螺栓預(yù)緊作用環(huán)境兩個環(huán)境對管道進(jìn)行靜力學(xué)分析，確定應(yīng)力集中的位置；通過ANSYS Workbench的求解組合功能將兩個環(huán)境的結(jié)果線性疊加，在此基礎(chǔ)上計算非比例載荷疲勞壽命，求出在螺栓預(yù)緊力作用下的管道壽命長短；再通過優(yōu)化螺栓預(yù)緊力大小，使管道的疲勞壽命達(dá)到最大值，優(yōu)化后的管道壽命在原有基礎(chǔ)上提升了10%。研究結(jié)果為有效預(yù)估管道在非比例載荷作用下的疲勞壽命提供了基礎(chǔ)，具有一定實用價值。
ANSYS強度折減法邊坡穩(wěn)定性分析及地震荷載分析 ￥30
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進(jìn)行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀(jì)70年代末由英國科學(xué)家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數(shù)來降低坡體巖土抗剪強度參數(shù)，并反復(fù)試算，直到達(dá)到極限破壞狀態(tài)，程序自動根據(jù)彈塑性有限元計算結(jié)果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數(shù)。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴(yán)格，它全面滿足了靜力許可、應(yīng)變相容以及土體的非線性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
地震荷載加載前需要對模型進(jìn)行模態(tài)分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數(shù)，然后再對模型進(jìn)行動態(tài)加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態(tài)分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數(shù)、地震波加載
展開 新能源汽車強度、耐久分析與Ansys創(chuàng)新解決方案
結(jié)構(gòu)強度
一站式短纖維復(fù)合材料仿真流程
對標(biāo)后的材料數(shù)據(jù) + 映射后的注塑信息
Ansys復(fù)合材料解決方案
· 完整的復(fù)合材料解決方案
-Ansys Composite Pre/Post (ACP)用于精確的復(fù)合材料建模和評估
-Ansys Material Designer用于復(fù)合組成尺度的材料系統(tǒng)探索
-Ansys Composite Curing Simulation (ACCS)用于復(fù)合材料制造模擬
-Ansys Granta用于材料選擇、數(shù)據(jù)管理
· Workbench內(nèi)的集成工作流程
· 能夠探索關(guān)鍵的復(fù)合材料套筒設(shè)計參數(shù):
-纖維預(yù)緊力
-材料特性：纖維/基體剛度特性、纖維體積分?jǐn)?shù)
-套筒：層數(shù)厚度/層數(shù)
Ansys復(fù)合材料解決方案的功能
Ansys ACP與其他工具的交互
疲勞耐久
焊縫網(wǎng)格劃分：熱影響區(qū)組集
焊接疲勞分析實例
粘接接頭疲勞分析
連接管理：點焊/粘接
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