ansys焊縫 曲面的案例
ANSYS Mechanical聯合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，由于分析過程的復雜性， ANSYS Workbench工作平臺預定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對于焊縫疲勞的相關分析，需要間接完成。
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析能夠對薄壁結構進行，同時也能夠基于非薄壁結構進行實體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實體焊縫疲勞分析，基于結構應力法，對于實體網格建立的焊縫分析具有相當的普適性，相對于熱點應力法，無需對網格進行強制控制。
限于篇幅，本文僅對實體焊縫疲勞分析一般流程進行概述。
① 基于“DesignLife theory”對實體焊縫疲勞分析方法進行概述；
② 基于ANSYS Mechanical創建有限元求解；
③ 基于nCode Weldline創建實體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進行實體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實體焊縫模型創建準則
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構應力法，與熱點應力法（距離焊趾表面一定距離的兩點或三點，進行線性或二次插值計算來確定焊趾處的熱點應力值，如圖2所示）相比較，結構應力法對于網格無需特殊考慮，對網格敏感程度相對較低。
圖二
結構應力法滿足平衡條件并可以采用結構力學的方法進行計算，結構應力是膜應力和彎曲應力之和。結構應力法需要用戶自定義“Stress Classification Lines (SCL)”應力等級線去確定膜應力和彎曲應力。
展開 ANSYS Mechanical聯合ANSYS nCode DesignLife 在實體焊縫疲勞分析
作者 | 付穌昇 安世中德結構仿真咨詢專家
首發 | 仿真秀（ID:fangzhenxiu2018）
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強大的焊縫疲勞分析能力，由于分析過程的復雜性， ANSYS Workbench工作平臺預定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對于焊縫疲勞的相關分析，需要間接完成。
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析能夠對薄壁結構進行，同時也能夠基于非薄壁結構進行實體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實體焊縫疲勞分析，基于結構應力法，對于實體網格建立的焊縫分析具有相當的普適性，相對于熱點應力法，無需對網格進行強制控制。
限于篇幅，本文僅對實體焊縫疲勞分析一般流程進行概述。
① 基于“DesignLife theory”對實體焊縫疲勞分析方法進行概述；
② 基于ANSYS Mechanical創建有限元求解；
③ 基于nCode Weldline創建實體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進行實體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實體焊縫模型創建準則
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構應力法，與熱點應力法（距離焊趾表面一定距離的兩點或三點，進行線性或二次插值計算來確定焊趾處的熱點應力值，如圖2所示）相比較，結構應力法對于網格無需特殊考慮，對網格敏感程度相對較低。
展開 4/28 Ansys nCode DesignLife焊縫疲勞分析詳解
內容簡介
首先，介紹焊縫疲勞行為特點；進而，說明焊縫疲勞分析的名義應力法（如：BS7608）和結構應力法（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以及在Mechanical UI下調用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需要對焊縫結構進行強度及疲勞分析的仿真工程師，相關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
當需要對焊喉部位進行壽命評估計算時，Ncode將基于焊縫單元的兩個焊縫邊計算應力值，然后平均到中心位置。網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力對總應力的貢獻度，根據占比大小取確定，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，軟件會根據彎曲應力比重S-N曲線進行自動插值處理。
ANSYS Ncode Designlife焊縫疲勞仿真流程
角焊縫（殼體）疲勞在ANSYS nCode DesigenLife的創建與計算原則淺述
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析最初用于汽車行業薄板結構(1-3 mm) 的焊接分析模擬，采用薄殼搭建有限元模型，相關工業應用也都針對于此類結構進行。ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析采用結構應力法進行計算，具有好的網格不敏感性，目前該方法也適用于以實體建模的焊縫疲勞分析。
限于篇幅本文僅針對角焊縫（殼體）焊縫單元創建和計算的準則基于ANSYS nCode Theory手冊進行編寫，關于搭接焊縫、激光焊等請參考相關文獻資料。
兩名筆者水平極為有限，錯誤必然較多，另原稿成稿較早且截取原稿部分并非完整，某種程度未能緊跟相關技術發展，因此嚴禁直接應用于企業項目的產品分析以免造成重大事故和傷害。另外本文建立的焊縫有限元模型不能作為評估焊縫極限強度的方法進行使用。
一、殼體焊縫有限元建模通用原則
不同類型的焊縫形式具有不同的分析方式，需要根據焊縫種類進行分組，每一個有限元輸入分組應對應疲勞引擎中對應的有限元焊縫類型，并設置一個合理的參數數值。
對于以薄殼單元建立焊縫有限元建模具有一定的通用準則：
① 網格應以4節點四邊形單元為主，表達金屬薄板的中面。
② 以單排或雙排殼單元進行焊縫建模表達。
③ 焊縫網格規整，尺寸以5mm為最好，規避三角形網格出現。
④ 疲勞分析焊縫單元需設置特殊焊接屬性。
⑤ 焊縫單元法向保證設置法向朝外。
⑥ 毗鄰焊縫的單元的非平均化節點應力被提取作為焊趾和焊根疲勞計算評估使用，該應力也可以是平均化的或在單元邊長的中點處進行計算，通過在“ANSYS Group Properties”中設置“WeldLocation = MidElementEdge”進行考慮。
展開 斯姆勒精品案例：基于ANSYS子模型技術的焊縫結構的精細化計算
基于ANSYS子模型技術的焊縫結構精細化計算
掌握ANSYS焊縫子模型分析技巧
●技術背景
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：應力、溫度、材質、焊接質量和實際使用工況條件等）。接頭一旦失效，就會使相互緊密聯系成一體的構件局部分離、撕裂并擴展，造成焊接結構損壞，致使設備停機，影響正常生產。；
焊接失效
（1）因設計不合理，存在局部剛性過大，應力集中的現象。
（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、焊接規范的運用不當、焊接方法的選擇不正確等。
（3）焊工技術水平高低與焊接位置的好壞；還有焊接檢驗水平，包括對材質的檢驗和焊縫檢驗等。另外，環境溫度對焊接質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（生死單元應用案例）
網格單元
本實例中順序焊接分為如下步驟：
第一步0-1秒：右側焊接穩態分析（殺死左焊縫，施加右焊縫溫度和焊接件參考溫度）
第二步1-100秒：相變分析（刪除溫度載荷，施加對流熱傳導）
第三步100-1000秒：右側焊縫凝固分析
第四步1000-1001秒：激活左側焊縫單元進行穩態分析（施加左焊縫溫度）
第五步1001-1100秒：左焊縫相變分析
第六步1100-2000秒：左側焊縫凝固分析
第七步：結果后處理
ANSYS命令流：
FINISH
/FILNAME,Exercise ! 定義隱式熱分析文件名
/PREP7 ! 進入前處理器
ET,1,SOLID70 ! 選擇8節點實體熱分析單元
MP,KXX,1,.5e-3
MP,C,1,.2
MP,DENS,1,.2833
MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000
MPDATA,ENTH,1,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 ! 定義右焊縫材料熱物理性能
MP,KXX,2,.5e-3
MP,C,2,.2
MP,DENS,2,.2833
MP,KXX,3,0.5e-3 ! 定義兩塊鋼板的熱物理性能
MP,C,3,.2
MP,DENS,3,.2833
MPTEMP,1,0,2643,2750,2875,3000
MPDATA,ENTH,3,1,0,128.1,163.8,174.2,184.6 !
展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
此圖將曲面的子午、弧矢、x 和 y 曲率顯示為 2D 彩色、等高線圖或 3D 曲面圖（請參閱 OpticStudio 用戶手冊了解更多詳情）。局部半徑和曲率之間的關系很簡單：
曲率半徑 = 1 / 曲率
通常，刀具的尖端半徑和切削邊緣半徑明顯小于光學表面的局部半徑，因此在大多數情況下，我們不必在優化過程中控制它。但在某些復雜形狀表面的特殊情況下可能需要它。在優化的最后階段檢查自由曲面的局部曲率半徑是一種很好的做法，可以確保所選的刀頭沒有問題。
圖10.
Ansys Zemax | 利用 TrueFreeForm 面進行網格自由曲面的優化
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展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
Bajuk，“自由曲面光學的實際實例”，載于《可再生能源與環境》，OSA 技術文摘（在線）（美國光學學會，2013 年），論文 FT3B.2。
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Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
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在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅的減少系統的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡。
OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨此表面是由切比雪夫多項式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項式的項次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設計過程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項式是由卡氏坐標推導出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
展開 基于ANSYS/LS-DYNA曲面手機玻璃的拋光仿真分析
有限元學科作為一種新興的專業軟件分析技術，分析數學，材料力學，特別是數字信息技術的快速發展極大地推動了產業和學科進步，本文基于ANSYS有限元顯式動力分析軟件，模擬拋光時的運動狀態，改變聚氨酯材料拋光絲的彈性模量進行多次仿真計算，分析不同彈性模量的聚氨酯拋光絲對拋光時玻璃表面應力和波動率的影響大小。
模擬仿真時應該注意對時步和對沙漏的控制，應盡量避免出現沙漏模態，以確保模擬的準確性和計算效率；網格劃分一般分為四面體和六面體網格，系統一般會優先選擇四面體網格；材料模型的選擇上，本次仿真模擬拋光過程所用的材料是通過選擇LS-DYNA的本構模型的基礎上修改其中所需參數來進行分析計算的主要參數見表1。
表1 材料參數
本文主要從對比不同彈性模量的聚氨酯與玻璃拋光摩擦時玻璃受到的力學變化分析，并且根據分析后的變化進一步分析單元的等效應力應變云圖。下圖為4個運動應力變化分別在2 ms、10 ms和20 ms和40 ms的情況下的云圖。
圖1 不同時刻的應力云圖
拋光絲的波動率變化，拋光絲在Z軸方向的位移量會導致表面應力發生大的變化，工件表面的壓力不穩定會進一步影響整個工件表面的平整度，在高速轉動的情況下會使工件產生脆性斷裂，因為聚氨酯拋光絲是一種彈性體，這就要求在選擇材料的時候不一定彈性模量越高越好，同時還要考慮其波動率。
圖2 10 MPa下Z軸速度變化
圖3 20 MPa下Z軸速度變化
圖4 30 MPa下Z軸速度變化
圖5 40 MPa下Z軸速度變化
由折線圖可以較為明顯地看出彈性模量在10 MPa和40 MPa情況下波動要大于彈性模量20 MPa和30 MPa。
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