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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。

溫度場與應力場分析通過對熱源施加順序的設置，我們分析了焊接過程中的溫度場和應力場：溫度場：外側焊縫施焊后，焊接區域溫度迅速升高，形成明顯的溫度梯度；內側焊縫由于延時施焊，溫度場的上升較慢，但仍然能夠觀察到焊接區域的熱影響。應力場：由于溫度變化引起的熱膨脹與收縮，產生了焊接熱應力。

管梁焊接時焊縫數量多、焊縫長度長、焊接變形大，需控制焊縫數量和長度。設計儀表板橫梁時，盡可能將焊縫對稱于截面中心軸，這樣能夠使焊縫引起的撓曲變形相抵消；焊縫在管梁中間時的焊接變形最大，所以設計橫梁時，盡量減少管梁中間部分的焊縫，并使橫梁中間部分焊縫對稱，這樣會使橫梁設計的剛性更好，結構更合理。

圖8.1 最大應力圖8.2 整體應力云圖④焊縫分析結果：上述兩種方法均能準確的計算管體母材的受力問題，而對于焊縫本身的強度分析， SimSolid 提供了專門的后處理工具，結合第二種焊縫建模方法，可以準確的評估焊縫的強度風險。如下圖9所示，可以查看焊縫的受力和應力結果，同時可以定義焊縫的單位長度受力失效準則和應力失效準則。

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。

05 結論本研究通過對熱裂紋產生原因的分析，在SPAR項目框架內展開宏觀建模，并使用通用結構仿真軟件中的熱力學計算進行測試，最后引入內聚力單元以更深一步對熱裂紋進行分析和研究。

焊接缺陷的常見分類方法如下： 二、焊縫尺寸不符合要求 1、現象 包括：焊縫外形高低不平、焊道寬窄不齊、焊縫余高過大或過小、焊縫寬度太寬或太窄、焊縫和母材之間的過渡不平滑等，如圖1所示。 2、原因分析 （1）焊縫坡口角度、寬度及組裝間隙不統一。 （2）焊條直徑選擇不當，造成填充層過高，失去坡口輪廓線，使蓋面寬窄不一，焊縫過高，波紋粗劣。

焊接接頭通常幾何特征非常復雜、含缺陷（如夾雜）、存在殘余應力、存在熱影響區等，這使得焊接接頭處存在高度應力集中，應力在尖銳缺口處奇異，因此傳統的應力疲勞分析無法應用于焊縫疲勞分析。常用的焊縫疲勞分析主要有如下四類方法：1）名義應力法，2）熱點應力法，3）峰值應力法，4）結構應力法。其中結構應力法關于有限元網格的不敏感性，在工程應用上具有獨特的優勢。

縫焊的熱、應力、疲勞是結構分析的關鍵之一，縫焊建模不當還會影響結構整體連接剛度，從而影響其它部位的分析精度。當然，如果只是想把不同的殼單元/體單元連接起來傳遞載荷，也可以選擇load transfer焊點類型。

焊接接頭通常幾何特征非常復雜、含缺陷（如夾雜）、存在殘余應力、存在熱影響區等，這使得焊接接頭處存在高度應力集中，應力在尖銳缺口處奇異，因此傳統的應力疲勞分析無法應用于焊縫疲勞分析。 常用的焊縫疲勞分析主要有如下四類方法：1）名義應力法，2）熱點應力法，3）峰值應力法，4）結構應力法。其中結構應力法關于有限元網格的不敏感性，在工程應用上具有獨特的優勢。

2.3焊接接頭仿真支撐臂焊縫形式多樣，為了提高焊接仿真的精確性，需從支撐臂中導出接頭建立多個焊接接頭模塊[11]，如圖5所示。圖5 支撐臂的焊接接頭模型 焊縫形式既有坡口焊縫，又有角焊縫。坡口深為6 mm，角焊縫焊腳尺寸為4、5 mm。接頭總網格數為30 000～100 000不等，最小的網格尺寸為0.5mm。將接頭計算結果導入總體結構進行仿真計算[12]。

圖4 Abaqus 模型（左） SimSolid 模型（右）這里需要說明剛才定義焊縫參數的差異，有限元模擬焊縫的 shell 單元厚度為實際焊縫的平均有效厚度，SimSolid 定義的焊縫參數為焊角尺寸。

綜上分析，在車身性能和質量達標的前提下，可以通過減少焊縫數量降低門環的成本。

為了實現快速建立母材及焊縫網格的目標，程序自動完成如下步驟：首先基于焊縫的幾何標示（圓筒狀的曲面），自動識別與焊縫曲面相交的部件，確定2個部件的連接情況，如圖14所示；在識別出焊縫相連的兩個部件后，程序在對應母材上分別建立表征焊縫線的共享邊和自由邊，如圖15所示；基于圖15中建立的焊縫線，自動建模工具首先計算線的長度，之后每間隔5 mm建立1個硬點（理想網格尺寸為5 mm），如圖16所示；最后利用批量畫網格模塊快速建立除焊縫以外的母材網格

圖4 Abaqus 模型（左） SimSolid 模型（右）這里需要說明剛才定義焊縫參數的差異，有限元模擬焊縫的 shell 單元厚度為實際焊縫的平均有效厚度，SimSolid 定義的焊縫參數為焊角尺寸。