ansys 焊縫疲勞的案例
角焊縫（殼體）疲勞在ANSYS nCode DesigenLife的創(chuàng)建與計(jì)算原則淺述
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析最初用于汽車行業(yè)薄板結(jié)構(gòu)(1-3 mm) 的焊接分析模擬，采用薄殼搭建有限元模型，相關(guān)工業(yè)應(yīng)用也都針對(duì)于此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行。ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力法進(jìn)行計(jì)算，具有好的網(wǎng)格不敏感性，目前該方法也適用于以實(shí)體建模的焊縫疲勞分析。
限于篇幅本文僅針對(duì)角焊縫（殼體）焊縫單元?jiǎng)?chuàng)建和計(jì)算的準(zhǔn)則基于ANSYS nCode Theory手冊(cè)進(jìn)行編寫，關(guān)于搭接焊縫、激光焊等請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)資料。
兩名筆者水平極為有限，錯(cuò)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(guān)技術(shù)發(fā)展，因此嚴(yán)禁直接應(yīng)用于企業(yè)項(xiàng)目的產(chǎn)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(píng)估焊縫極限強(qiáng)度的方法進(jìn)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(jù)焊縫種類進(jìn)行分組，每一個(gè)有限元輸入分組應(yīng)對(duì)應(yīng)疲勞引擎中對(duì)應(yīng)的有限元焊縫類型，并設(shè)置一個(gè)合理的參數(shù)數(shù)值。
對(duì)于以薄殼單元建立焊縫有限元建模具有一定的通用準(zhǔn)則：
① 網(wǎng)格應(yīng)以4節(jié)點(diǎn)四邊形單元為主，表達(dá)金屬薄板的中面。
② 以單排或雙排殼單元進(jìn)行焊縫建模表達(dá)。
③ 焊縫網(wǎng)格規(guī)整，尺寸以5mm為最好，規(guī)避三角形網(wǎng)格出現(xiàn)。
④ 疲勞分析焊縫單元需設(shè)置特殊焊接屬性。
⑤ 焊縫單元法向保證設(shè)置法向朝外。
⑥ 毗鄰焊縫的單元的非平均化節(jié)點(diǎn)應(yīng)力被提取作為焊趾和焊根疲勞計(jì)算評(píng)估使用，該應(yīng)力也可以是平均化的或在單元邊長的中點(diǎn)處進(jìn)行計(jì)算，通過在“ANSYS Group Properties”中設(shè)置“WeldLocation = MidElementEdge”進(jìn)行考慮。
展開 干貨 | ANSYS Ncode焊縫疲勞壽命評(píng)估方法簡介
若采用網(wǎng)格點(diǎn)力方法，依據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)力數(shù)據(jù)去推導(dǎo)焊趾和焊根單元邊中間點(diǎn)的平均膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，進(jìn)而可以計(jì)算焊趾和焊根上下表面的法向應(yīng)力，用于做法向方向的疲勞壽命評(píng)估。當(dāng)需要對(duì)焊喉部位進(jìn)行壽命評(píng)估計(jì)算時(shí)，Ncode將基于焊縫單元的兩個(gè)焊縫邊計(jì)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(píng)估算法評(píng)估了彎曲應(yīng)力對(duì)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(huì)根據(jù)彎曲應(yīng)力比重S-N曲線進(jìn)行自動(dòng)插值處理。
ANSYS Ncode Designlife焊縫疲勞仿真流程
展開 ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife 在實(shí)體焊縫疲勞分析
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強(qiáng)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(tái)預(yù)定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對(duì)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(shí)也能夠基于非薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實(shí)體焊縫疲勞分析，基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，對(duì)于實(shí)體網(wǎng)格建立的焊縫分析具有相當(dāng)?shù)钠者m性，相對(duì)于熱點(diǎn)應(yīng)力法，無需對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行強(qiáng)制控制。
限于篇幅，本文僅對(duì)實(shí)體焊縫疲勞分析一般流程進(jìn)行概述。
① 基于“DesignLife theory”對(duì)實(shí)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(shí)體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進(jìn)行實(shí)體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實(shí)體焊縫模型創(chuàng)建準(zhǔn)則
1、ANSYS nCode DesignLife實(shí)體焊縫分析方法
ANSYS nCode DesignLife實(shí)體焊縫分析理論中對(duì)于實(shí)體焊縫評(píng)估采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，與熱點(diǎn)應(yīng)力法（距離焊趾表面一定距離的兩點(diǎn)或三點(diǎn)，進(jìn)行線性或二次插值計(jì)算來確定焊趾處的熱點(diǎn)應(yīng)力值，如圖2所示）相比較，結(jié)構(gòu)應(yīng)力法對(duì)于網(wǎng)格無需特殊考慮，對(duì)網(wǎng)格敏感程度相對(duì)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(jì)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(jí)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(shí)體焊縫疲勞分析
作者 | 付穌昇 安世中德結(jié)構(gòu)仿真咨詢專家
首發(fā) | 仿真秀（ID:fangzhenxiu2018）
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強(qiáng)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(tái)預(yù)定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對(duì)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(shí)也能夠基于非薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實(shí)體焊縫疲勞分析，基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，對(duì)于實(shí)體網(wǎng)格建立的焊縫分析具有相當(dāng)?shù)钠者m性，相對(duì)于熱點(diǎn)應(yīng)力法，無需對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行強(qiáng)制控制。
限于篇幅，本文僅對(duì)實(shí)體焊縫疲勞分析一般流程進(jìn)行概述。
① 基于“DesignLife theory”對(duì)實(shí)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(shí)體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進(jìn)行實(shí)體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實(shí)體焊縫模型創(chuàng)建準(zhǔn)則
1、ANSYS nCode DesignLife實(shí)體焊縫分析方法
ANSYS nCode DesignLife實(shí)體焊縫分析理論中對(duì)于實(shí)體焊縫評(píng)估采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，與熱點(diǎn)應(yīng)力法（距離焊趾表面一定距離的兩點(diǎn)或三點(diǎn)，進(jìn)行線性或二次插值計(jì)算來確定焊趾處的熱點(diǎn)應(yīng)力值，如圖2所示）相比較，結(jié)構(gòu)應(yīng)力法對(duì)于網(wǎng)格無需特殊考慮，對(duì)網(wǎng)格敏感程度相對(duì)較低。
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(diǎn)；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(shí)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(jī)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(duì)焊縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)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 接受焊縫疲勞問題咨詢。
接受母材、焊縫疲勞問題咨詢，包括焊縫的靜態(tài)疲勞問題、隨機(jī)振動(dòng)疲勞問題等，可提供代碼。有意者私聊。
MSC 焊縫疲勞分析的算例
MSC提供的焊縫疲勞計(jì)算基本步驟，對(duì)入門有幫助~
seamweld_fatigue-exercise1.part2.rar
seamweld_fatigue-exercise1.part1.rar
接焊縫接觸面的疲勞分析研究
EH36鋼的疲勞性能對(duì)接焊縫接觸面沖刷過程的超長壽命的校核，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，108—010年期間仍然可能發(fā)生疲勞斷裂，與常規(guī)方法使用不兼容的疲勞強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于1 107年周期設(shè)計(jì)中，需要焊接結(jié)構(gòu)能在超長壽命服役制度。掃描電子顯微鏡分析表明,疲勞裂紋主要發(fā)起于接焊縫的坡口接觸面的內(nèi)部缺陷。一種新的“魚眼”缺陷在焊接接頭中被發(fā)現(xiàn)。對(duì)接焊縫接觸面中的區(qū)域缺陷與其疲勞壽命的關(guān)系已經(jīng)被證實(shí)。當(dāng)缺陷尺寸足夠大且數(shù)量較多時(shí)，將嚴(yán)重降低焊接接頭的疲勞性能。夾雜對(duì)合金焊接接頭疲勞性能也有嚴(yán)重的影響。
1.介紹
近年來越來越多的的構(gòu)件采用焊接而成，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)此焊接結(jié)構(gòu)的破壞多是從焊接接頭處開始的，這主要是由于在焊接接頭處存在氣孔、未焊透以及裂紋等集合缺陷，導(dǎo)致局部區(qū)域應(yīng)力集中，從而降低了整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和使用壽命。因此研究焊接接頭處的疲勞表現(xiàn)以及分析影響焊接接頭性能的因素具有重要意義。
如果完全采用工藝試驗(yàn)的方法進(jìn)行這方面的研究，研究成本會(huì)很高而且周期也長，不利于新產(chǎn)品的開發(fā)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析軟件在工程中得到了廣泛地應(yīng)用。本題采用ANSYS軟件來模擬焊接缺陷，進(jìn)行平疲勞方面的分析。將有限元計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，表明有限元計(jì)算結(jié)果是合理的，因此可以采用ANSYS對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析。
2.1 焊縫接觸面夾雜缺陷有限元分析基本理論
焊接熱作用貫穿整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的制造過程中，焊接熱過程直接決定了接頭的顯微組織焊接應(yīng)力與變形，而焊接接頭的顯微組織卻影響著接頭的疲勞強(qiáng)度壽命。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元方法的快速發(fā)展，采用有限元法通過計(jì)算機(jī)對(duì)焊接區(qū)拘束應(yīng)力的瞬時(shí)分布進(jìn)行了研究，同時(shí)結(jié)合裂紋和組織觀察來進(jìn)行全面分析，可以深入研究各種因素對(duì)焊接裂紋起裂和擴(kuò)展的影響。
展開 基于ncode的seam實(shí)體焊縫疲勞分析
本案例主要是介紹如何在ncode進(jìn)行seam實(shí)體焊縫疲勞仿真分析，焊點(diǎn)類型seam，提供疲勞載荷譜，焊點(diǎn)疲勞分析采用seamweldanalysis求解器。
Vonmises應(yīng)力云圖
損傷云圖
壽命云圖
疲勞分析流程圖
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展開 汽車結(jié)構(gòu)中焊縫疲勞壽命預(yù)估.pdf
【摘要】介紹了焊縫疲勞壽命估算的有效方法——V0LV0方法的步驟及原理。采用該方法可計(jì)算出真實(shí)運(yùn)行工
況下結(jié)構(gòu)焊縫的疲勞損傷和壽命情況。針對(duì)某商用車后橋殼上的焊縫連接，利用VOLVO方法進(jìn)行了焊縫壽命預(yù)估，
得到了整個(gè)焊縫的損傷和壽命分布，通過與臺(tái)架試驗(yàn)中橋殼失效部位的對(duì)比表明，預(yù)估結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致。
汽車結(jié)構(gòu)中焊縫疲勞壽命預(yù)估.pdf
Fe-safe Verity焊縫疲勞分析簡介
Verity焊縫疲勞分析的必要性
焊接連接是工業(yè)領(lǐng)域上非常常見的結(jié)構(gòu)連接方式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有非常重要的地位，因此焊接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都非常重要。一般情況下，平板焊接鋼結(jié)構(gòu)焊縫的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都不低于其母材，但是焊縫的疲勞強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材的疲勞強(qiáng)度，焊縫失效的主要形式為疲勞，所以焊縫疲勞強(qiáng)度分析十分必要。焊縫的抗疲勞性能很大程度上取決于焊縫的宏觀和微觀幾何形狀，影響焊縫疲勞強(qiáng)度得因素很多，比如動(dòng)態(tài)應(yīng)力，平均應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力等。
傳統(tǒng)的焊接疲勞分析方法是通過有限元分析軟件來計(jì)算焊縫處的應(yīng)力，然后根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的不同類型定義應(yīng)力壽命S-N曲線來計(jì)算焊縫的疲勞壽命。一般來說，有限元網(wǎng)格的大小直接影響仿真分析的結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果，特別在應(yīng)力集中位置（焊接位置通常有應(yīng)力集中），其影響更大，因此傳統(tǒng)焊接疲勞分析方法無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊縫處的疲勞壽命。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一個(gè)全新的“Verity”模塊，可以很好地解決上述問題。該模塊的核心技術(shù)來源于美國著名的科技研發(fā)公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）項(xiàng)目研究成果，該研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress Method”是在通用有限元分析程序計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，針對(duì)板殼、實(shí)體等結(jié)構(gòu)連接形式，專門開發(fā)計(jì)算等效Structural Stress的程序，使得最后的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果不具有網(wǎng)格敏感性，即在不同網(wǎng)格尺寸下都能獲得精確一致的疲勞仿真結(jié)果。
二. Verity焊縫分析介紹
Verity的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法是一種新型焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)技術(shù), 可廣泛應(yīng)用于不同工業(yè)領(lǐng)域的各類形式焊接承載部件的焊趾疲勞分析, 如壓力容器、管道、海上平臺(tái)、船舶、地面車輛等結(jié)構(gòu)的管件及平板焊接接頭。該方法主要基于以下2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):
1.
展開 
汽車結(jié)構(gòu)中焊縫疲勞壽命預(yù)估
2、焊縫的S-N曲線
試驗(yàn)研究表明，焊縫的疲勞強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材的疲勞強(qiáng)度，從圖2某典型的結(jié)構(gòu)鋼母材和焊縫的S-N曲線的比較可以看出，焊縫的S-N曲線僅在短壽命區(qū)有交點(diǎn),而其它情況下焊縫的疲勞壽命更短，概況起來有以下主要原因：
1）、由于焊接引入的幾何特征，導(dǎo)致了應(yīng)力的集中，在焊縫的趾部應(yīng)力達(dá)到最高，而且此處的幾何形狀也較難控制。
2）、焊接過程通常產(chǎn)生焊接缺陷，這些缺陷存在往往是產(chǎn)生裂紋的裂紋源，如含有熔渣、未完全熔解、氣孔等。
fe-safe_汽車結(jié)構(gòu)中焊縫疲勞壽命預(yù)估.pdf
展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計(jì)算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數(shù),根據(jù)金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術(shù)中的漂移設(shè)計(jì)原理,對(duì)焊縫材料在一定循環(huán)次數(shù)下的失效率或給定不失效率的循環(huán)次數(shù)的可靠性計(jì)算方法進(jìn)行了探討。結(jié)合實(shí)例,對(duì)在給定循環(huán)次數(shù)和可靠度的條件下,對(duì)焊縫材料抗疲勞斷裂強(qiáng)度進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計(jì)算方法.pdf
風(fēng)電塔筒門洞焊縫疲勞自動(dòng)化計(jì)算程序 ￥500
風(fēng)電塔筒門洞焊縫疲勞自動(dòng)化計(jì)算程序，基于Python語言開發(fā)，可自動(dòng)完成門洞有限元建模，求解，后處理及疲勞計(jì)算。
基于FE-SAFE的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法分析焊縫疲勞
一般在焊接結(jié)構(gòu)疲勞分析中存在兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是焊接接頭的分類如何把握；二是焊接部位往往是應(yīng)力比較集中的區(qū)域，很難準(zhǔn)確計(jì)算出應(yīng)力的分布。等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法是由美國新奧爾良大學(xué)焊接實(shí)驗(yàn)室的Pingsha Dong博士等人基于斷裂力學(xué)及大量焊接試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究出來的一種相對(duì)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊縫疲勞壽命的方法。該方法采用網(wǎng)格不敏感結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算方法及一條主S-N曲線預(yù)測(cè)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命，可以很好地解決結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)有限元網(wǎng)格大小的敏感性及焊接接頭S-N曲線選擇困難的兩個(gè)難題，從而減小了分析誤差，提高了預(yù)測(cè)精度。
在FE-SAFE軟件中，Verity模塊為一個(gè)焊縫疲勞分析專用模塊，其采用的即是等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法。等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力不僅考慮了焊趾缺口、焊接接頭板的厚度的影響、載荷模式的影響，還考慮了應(yīng)力集中的影響。等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力是基于結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算得到的，結(jié)構(gòu)應(yīng)力由膜應(yīng)力與彎曲應(yīng)力組成，Verity模塊可以通過定義一些焊縫的信息參數(shù)及導(dǎo)入的通用有限元軟件（如ABAQUS軟件）節(jié)點(diǎn)力輸出結(jié)果來計(jì)算求得結(jié)構(gòu)應(yīng)力。
因此，在使用通用有限元軟件計(jì)算求解計(jì)算焊縫節(jié)點(diǎn)力時(shí)，需要對(duì)焊縫進(jìn)行建模，如下圖所示：
將通用有限元軟件的分析結(jié)果導(dǎo)入FE-SAFE中之后，在Verity模塊中定義焊縫信息，如下圖所示：
定義完成需要計(jì)算壽命的所有焊縫信息后，點(diǎn)擊Analyse，即可求解得到結(jié)構(gòu)應(yīng)力，再定義載荷曲線、材料參數(shù)、選擇主S-N曲線標(biāo)準(zhǔn)差等完成焊縫疲勞分析。
基于FE-SAFE的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法分析焊縫疲勞.pdf
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