ansys焊縫分析模型的案例
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 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 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 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 
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）
關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，單元的生死應用技術廣泛的存在于ansys仿真分析中，是一項應用非常廣泛的技術。
單元的生死并不是ansys程序將殺死單元對應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，或者傳導矩陣（對應于不同的分析），乘以很小的因子（ESTIF），默認值為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，當一個單元被重新激活時，其剛度，單元載荷等恢復其原始的數值，重新激活的單元也沒有應變記錄，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，單元生死狀態可以根據ansys的計算結果決定。如在斷裂分析中，我們需要將應力值大于材料屈服強度的單元殺死，可以利用Etable選擇相應的單元進行殺死，繼而返回到求解器進行求解，如果如此循環，則可觀察到裂紋的生長過程。
可以在大多數靜態和非線性瞬態分析中使用單元生死，其基本分析與相應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界面下新增了網格生死功能。以往我們只能在經典界面下進行網格生死操作，或者在Workbench界面下借助APDL來實現網格生死，這種操作既不方便又容易出錯。
展開 ANSYS 輸電塔模型 APDL 有限元模型 強度分析 ￥139
ANSYS 輸電塔模型，模型完整，附件有詳細模型db文件以及命令流，模型沒有問題可以計算，展示圖為添加重力進行的靜力分析，計算結果圖：
模型圖：
ANSYS 輸電塔模型 APDL 有限元模型 輕度分析 ￥299
ANSYS 輸電塔模型，模型完整，附件有詳細模型db文件以及命令流，模型沒有問題可以計算，展示圖為添加重力進行的靜力分析，計算結果圖：
結果圖
模型圖
ANSYS自適應網格技術及案例分析（附完整模型分析命令流）
ANSYS通過能量誤差估計來評估網格密度是否充足，如網格不夠細，程序可以自動細化網格以減少誤差。這一自動估計網格劃分誤差并細化網格的過程稱為”自適應網格劃分“。通過自適應網格劃分技術可以獲得較好的應力分布。
自適應網格劃分僅適用于單元plane2/25/42/82/83,solid45/64/73/92/95,shell43/63/93及部分熱單元。分析類型僅適用于線性靜力學結構分析和線性穩態熱分析。
自適應網格劃分的基本過程通過一個案例說明。
02 具有多孔和凹域的板拉伸案例
針對如下具有多孔和凹域的板，采用plane42單元，首先設置KSEIZE=10來設置自適應網格前的網格尺寸，其后按自適應網格劃分技術對網格再劃分。設置ADAPT,10,6，其中10表示迭代次數最大為10。6表示能力誤差不超過6%。具體的ADAPT命令說明如圖。
一般的自適應網格劃分的能量模誤差百分比小于5時，計算較為可靠，可以看到下圖給出Von Mises Stress，無網格自適應的應力結果有明顯的不連續和突變的過程。但注意，凹角點為應力奇異點，在彈性范圍內其數值無法通過有限元方法求得。
Von Mises Stress：無網格自適應（左），有網格自適應（右）
ADAPT命令解釋
03 完整模型分析命令流
!多孔板自適應網格劃分-PLANE42
finish
/clear
/prep7
blc4,,,450,350
blc4,200,250,100,100 !創建兩個矩形面
cyl4,,,100
cyl4,335,95,55 !
展開 ANSYS Workbench周期對稱模型的模態分析方法 ￥10
結果查看與驗證
模態結果擴展，將模型的一份擴展為整個模型
查看變形，點擊 Solution → Insert → Total Deformation，查看不同頻率下的變形。可以將結果進行按照頻率排序
在 Details View 中，選擇 Expanded Results 以查看整個模型的振動形態。
通過以上步驟，可大幅減少計算量（網格數量降為 1/n），同時保持分析精度。適用于葉片數量較多的風扇、螺旋槳等旋轉機械的動力學分析。
ANSYS薄壁結構模型處理技術 附王新敏ANSYS工程結構數值分析講義下載
對于復雜薄實體，可以通過特征探測功能，探測小的按鈕、突臺和倒角的位置，然后可以從模型中刪除這些小特征。
對于小孔，通過設置孔的直徑最大值和最小值，可以自動把在設置范圍內的小孔補上。對于重迭面、近似面和小角面等也可以通過設置容差范圍來清除。
3裝配連接
薄壁結構經常使用焊點、焊縫和鉚接等連接方式。對于這幾種連接方式，在ANSYS中模擬時，需根據計算規模和計算目標采用不同的方式。
（1）對于整體分析，如整架飛機的整體受力分析，由于計算規模非常大，不考慮局部的連接方式，采用共節點自由度協調進行連接；
（2）對于分段分析，如前機身的分析，如果焊點或鉚接之間的間距較大，就需要考慮連接方式對結構受力的影響，需要采用焊縫模擬；
（3）局部零件分析，此時需要把焊接和鉚接的連接方式，在模型中完整的體現出來。
對于分段分析和局部零件分析，ANSYS提供了多種方法建立焊點、焊縫和鉚接。
（1）焊點：通過連接兩個點直接創建焊點，而且焊點可以獨立于網格；
（2）焊縫：通過選擇焊縫的邊線，直接設置焊縫上焊點的間距或焊點數生成焊縫。而且可以分別設置焊縫端部焊點與邊線端點的距離、邊沿線與焊縫的距離等來控制焊縫的位置；
（3）通過讀入坐標文件：對于大量的焊點，在設計時有焊點坐標文件。可以直接讀入焊點的坐標文件，批量生成焊點。
4網格劃分
忽略細節特征設置可以自動跨越幾何缺陷及多余的細小特征，生成滿意網格。一勞永逸的Replay技術可以自動對幾何尺寸改變后的幾何模型重劃分網格。
展開 基于Adams與Ansys的噴漿機斷臂仿真分析 附ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型
后臂斷裂位置與有限元結果對比
下載地址：ANSYS和ADAMS聯合仿真步驟--剛柔混合模型建立
基于ANSYS的樁土分析模型 ￥15
在利用ANSYS有限元軟件分析時，樁土相互作用之間的變形屬于高度非線性問題[33]，但ANSYS程序通過使用牛頓-拉普森平衡迭代克服了這種困難[37,38]，在每一個載荷增量的末端解，通過這種平衡迭代使其達到平衡收斂。對于土體的單元類型采用ANSYS中提供的SOLID45實體單元類型，它是一種三維六面體單元，可用于建立各向同性固體力學問題的模型。SOLID45實體單元有8個節點，每個節點有沿X、Y、Z三個方向的平移自由度，在單元的各個側面可施加分布式載荷。在求解分析大位移、大應變、塑性和屈服等方面的問題時，SOLID45單元求解的輸出結果包括節點位移，各個方向的主應力、正應力、剪應力及總應變等。
土體的本構模型采用ANSYS中提供的Drucker-Prager模型，簡稱DP模型，該模型對MC模型的屈服面函數作了適當的修改并且考慮了體積力對屈服的影響，易于程序的編制和進行數值計算，可用于顆粒狀的材料，例如：土壤、巖石、混凝土等[34][41-43]。除了DP模型以外，土體的本構模型還有線彈性模型、DC模型、MC模型等。線彈性模型遵從胡克定律，只有兩個參數，只是簡單的應力應變關系，無法描述土的很多特征；DC模型是一種非線性彈性模型，只是單純的采用了彈性理論，而未曾涉及到塑性理論，著重于對應力-應變簡單的描述，因而沒有反映出土體的很多重要性質，例如土體的剪脹性、球應力對剪應變的影響等[47,48]；MC模型是一種彈-理想塑性模型，采用了彈塑性理論，涉及到了土體的五個參數，能夠較好的描述土體的破壞狀態，但沒有考慮到應力歷史的影響及區分加荷與卸荷[45,46]。
混凝土單元類型采用ANSYS中的SOLID65實體單元類型，它是在SOLID45的基礎上專門開發出來用于建立鋼筋混凝土或混凝土材料問題的有限元模型。
展開 ANSYS_WORKBENCH子模型分析技術
ANSYS_WORKBENCH子模型分析技術
基于ANSYS WORKBENCH的子模型分析技術
【問題背景】
在經典界面中有子模型分析技術，那么這種技術能否在WB中使用呢？
答案是肯定的。
本算例說明如何在WB中使用子模型技術。
【問題描述】
一塊開孔薄板，左邊固定，右邊施加1MPa的拉力，求板中的最大應力。
【問題分析】
該問題中存在應力集中，應力集中發生在孔的上下邊沿。
為了得到應力的收斂值，需要對應力集中點反復加密網格，然后對整個板進行計算。對于簡單的問題而言，這種方法是可以的。但是如果板很復雜，這樣反復計算耗時很長。
比較合理的方法是使用子模型法。
經典界面中子模型法操作復雜，而WB則對子模型法提供了完美的支持。本算例說明如何在WB中用子模型法進行操作。
WB中，首先創建粗糙模型并進行分析；
然后拷貝粗糙模型分析系統得到子模型分析系統，并建立粗糙模型與子模型分析系統的關系；
接著修改子模型分析系統中的幾何模型，只取與應力集中點周圍的部分幾何體；
然后導入粗糙模型在切割邊界處的位移，根據此來計算子模型的應力；
對子模型反復加密網格，就可以得到應力集中點的精確解。
【求解過程】
1.分析粗糙模型。
（1）創建靜力學分析系統。
（2）創建幾何模型。
選擇長度單位是毫米，創建一個草圖
然后根據該草圖形成面體。
并設置對該面體進行2D分析。
（3）劃分網格。
自動劃分。此時使用粗糙的網格劃分。
（4）定義邊界條件。
固定左邊線。
右邊線施加1Mpa的均布載荷。
（5）求解并查看應力。
得到X方向的正應力如下圖。
可見，在孔的上下兩邊，應力最大,為2.7Mpa。
那么真正的最大應力是多少呢？
下面使用子模型加密得到。
2.分析子模型。
展開 ANSYS Workbench子模型分析實例
在WB19.0中使用子模型方法進行求解一般步驟如下：
1．創建幾何模型；
2．創建子模型分析項目，如圖18-2所示，單擊Geometry右鍵選擇Duplicate復制幾何模型；
3．在子模型分析項目中進行切分，獲得子模型分析的局部幾何體；
4．完成粗糙網格的整體模型的求解；
5．將求解結果與子模型分析項目進行數據共享，同時加載到子模型切割邊界，如圖2所示，設置整體分析項目下Solution到子模型Setup中的連接；
6．在子模型分析項目中細化網格完成更為精確地求解；
7．結果后處理。
圖2 創建分析項目和數據連接
子模型分析實例—直角支撐結構應力分析
本例以直角支撐機構為分析對象，為讀者詳細介紹如何使用WB19.0進行子模型方法的應用，通過每一步的操作設置以及最終分析結果對比，使讀者能夠更好的掌握該方法的使用。
1. 問題描述
如圖3所示直角支撐板結構，厚度為10mm，其過渡圓角為8mm，分析在受到豎直向下的掛載力作用時結構的整體應力分布情況。
圖3 直角板幾何示意圖
2. 幾何建模
幾何體建模分為兩部分內容，分別為整體幾何建模和子模型局部幾何體建模，下面分別作介紹。
1．整體幾何建模
（1）進入DM編輯窗口建立幾何模型，如圖4所示為幾何模型草圖，各長度按照圖中給定的進行繪制。
圖4 幾何草圖
（2）退出草圖編輯，依次單擊菜單欄中的ConceptàSurfaces From Sketches，生成幾何面，然后在其詳細設置窗口中的Thickness輸入10mm，完成后單擊Generate生成模型，如圖5所示。
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