焊縫疲勞的案例
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 Fe-safe Verity焊縫疲勞分析簡介
Verity焊縫疲勞分析的必要性
焊接連接是工業領域上非常常見的結構連接方式，在結構設計中具有非常重要的地位，因此焊接的結構強度和疲勞強度都非常重要。一般情況下，平板焊接鋼結構焊縫的屈服強度和抗拉強度都不低于其母材，但是焊縫的疲勞強度卻遠遠低于母材的疲勞強度，焊縫失效的主要形式為疲勞，所以焊縫疲勞強度分析十分必要。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，影響焊縫疲勞強度得因素很多，比如動態應力，平均應力，焊接殘余應力等。
傳統的焊接疲勞分析方法是通過有限元分析軟件來計算焊縫處的應力，然后根據焊接結構的不同類型定義應力壽命S-N曲線來計算焊縫的疲勞壽命。一般來說，有限元網格的大小直接影響仿真分析的結構應力結果，特別在應力集中位置（焊接位置通常有應力集中），其影響更大，因此傳統焊接疲勞分析方法無法準確預測焊縫處的疲勞壽命。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一個全新的“Verity”模塊，可以很好地解決上述問題。該模塊的核心技術來源于美國著名的科技研發公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）項目研究成果，該研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress Method”是在通用有限元分析程序計算結果基礎上，針對板殼、實體等結構連接形式，專門開發計算等效Structural Stress的程序，使得最后的應力計算結果不具有網格敏感性，即在不同網格尺寸下都能獲得精確一致的疲勞仿真結果。
二. Verity焊縫分析介紹
Verity的等效結構應力法是一種新型焊接結構疲勞壽命預測技術, 可廣泛應用于不同工業領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、船舶、地面車輛等結構的管件及平板焊接接頭。該方法主要基于以下2項關鍵技術:
1.
展開 LMS Virtual.Lab Durability_方法介紹8—焊縫的疲勞壽命預測
今天帶來LMS Virtual.Lab Durability焊縫的疲勞壽命預測
內容主要包括焊縫疲勞分析的基本特性和分析方法，以及LMS Virtual.Lab的焊縫疲勞分析方法。
08LMS Virtual.Lab Durability焊縫的疲勞壽命預測.pdf
百度網盤鏈接http://pan.baidu.com/s/1pJuOgv5
（該目錄下“08LMS Virtual.Lab Durability焊縫的疲勞壽命預測“）
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基于FE-SAFE的等效結構應力法分析焊縫疲勞
一般在焊接結構疲勞分析中存在兩個關鍵問題：一是焊接接頭的分類如何把握；二是焊接部位往往是應力比較集中的區域，很難準確計算出應力的分布。等效結構應力法是由美國新奧爾良大學焊接實驗室的Pingsha Dong博士等人基于斷裂力學及大量焊接試驗數據，研究出來的一種相對能準確預測焊縫疲勞壽命的方法。該方法采用網格不敏感結構應力計算方法及一條主S-N曲線預測焊接結構疲勞壽命，可以很好地解決結構應力對有限元網格大小的敏感性及焊接接頭S-N曲線選擇困難的兩個難題，從而減小了分析誤差，提高了預測精度。
在FE-SAFE軟件中，Verity模塊為一個焊縫疲勞分析專用模塊，其采用的即是等效結構應力方法。等效結構應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，還考慮了應力集中的影響。等效結構應力是基于結構應力計算得到的，結構應力由膜應力與彎曲應力組成，Verity模塊可以通過定義一些焊縫的信息參數及導入的通用有限元軟件（如ABAQUS軟件）節點力輸出結果來計算求得結構應力。
因此，在使用通用有限元軟件計算求解計算焊縫節點力時，需要對焊縫進行建模，如下圖所示：
將通用有限元軟件的分析結果導入FE-SAFE中之后，在Verity模塊中定義焊縫信息，如下圖所示：
定義完成需要計算壽命的所有焊縫信息后，點擊Analyse，即可求解得到結構應力，再定義載荷曲線、材料參數、選擇主S-N曲線標準差等完成焊縫疲勞分析。
基于FE-SAFE的等效結構應力法分析焊縫疲勞.pdf
展開 汽車結構中焊縫疲勞壽命預估.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。采用該方法可計算出真實運行工
況下結構焊縫的疲勞損傷和壽命情況。針對某商用車后橋殼上的焊縫連接，利用VOLVO方法進行了焊縫壽命預估，
得到了整個焊縫的損傷和壽命分布，通過與臺架試驗中橋殼失效部位的對比表明，預估結果與試驗結果一致。
汽車結構中焊縫疲勞壽命預估.pdf
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 汽車結構中焊縫疲勞壽命預估
2、焊縫的S-N曲線
試驗研究表明，焊縫的疲勞強度遠低于母材的疲勞強度，從圖2某典型的結構鋼母材和焊縫的S-N曲線的比較可以看出，焊縫的S-N曲線僅在短壽命區有交點,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，導致了應力的集中，在焊縫的趾部應力達到最高，而且此處的幾何形狀也較難控制。
2）、焊接過程通常產生焊接缺陷，這些缺陷存在往往是產生裂紋的裂紋源，如含有熔渣、未完全熔解、氣孔等。
fe-safe_汽車結構中焊縫疲勞壽命預估.pdf
展開 干貨 | ANSYS Ncode焊縫疲勞壽命評估方法簡介
若采用網格點力方法，依據網格點力數據去推導焊趾和焊根單元邊中間點的平均膜應力和彎曲應力，進而可以計算焊趾和焊根上下表面的法向應力，用于做法向方向的疲勞壽命評估。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
展開 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 接受焊縫疲勞問題咨詢。
接受母材、焊縫疲勞問題咨詢，包括焊縫的靜態疲勞問題、隨機振動疲勞問題等，可提供代碼。有意者私聊。
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
MSC 焊縫疲勞分析的算例
MSC提供的焊縫疲勞計算基本步驟，對入門有幫助~
seamweld_fatigue-exercise1.part2.rar
seamweld_fatigue-exercise1.part1.rar
基于ncode的seam實體焊縫疲勞分析
本案例主要是介紹如何在ncode進行seam實體焊縫疲勞仿真分析，焊點類型seam，提供疲勞載荷譜，焊點疲勞分析采用seamweldanalysis求解器。
Vonmises應力云圖
損傷云圖
壽命云圖
疲勞分析流程圖
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展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法.pdf
