技巧丨Ncode焊缝疲劳性能计算

2017-03-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

TASK

焊接结构的疲劳破坏往往源于焊缝的应力集中区。焊缝通常存在未焊透、夹渣、咬边、裂纹等焊接缺陷。这些先天缺陷往往导致疲劳裂纹直接越过萌生阶段,缩短疲劳裂纹断裂过程。由于焊接缺陷、焊缝尺寸形状等因素的随机性,如何通过保守的标准方法计算焊缝的疲劳强度是我们比较关心的技术问题。

SOLUTION

在nCode中,薄板部件和厚板部件的焊缝疲劳强度计算方法不同。薄板部件的焊缝疲劳计算方法采用的是由Volvo汽车公司和查尔姆斯(Chalmers)理工大学提出,并与nCode合作开发的计算方法。该方法被特别用于薄钢板(一般为1-3mm厚度)焊接的汽车部件。它使用的基于结构应力的计算方法,具有相当普遍的适用性。而对于较厚部件,可以采用《ASME锅炉和压力容器规范VIII(Division 2)》进行实体单元建模,其疲劳计算方法也包括在nCode焊接模块中。

对于薄板焊缝,其方法是基于应力疲劳寿命计算方法,但是需要在焊缝处做特殊处理。

以角焊缝为例,焊缝一般由一行倾斜的shell单元或两行shell单元表示。焊缝单元还需要具有不同的属性设置,单元法向也要严格控制,同时其倾斜距离及焊喉厚度都应该满足经验要求。

焊喉处的应力可以采用FE应力,也可以采用读取的FE的力和力矩、位移和转角推导出焊喉的应力,再进行疲劳计算。如下图所示,是某汽车零部件的焊缝疲劳分析流程。

对于厚部件,nCode采用ASME锅炉及压力容器规范,通过应力积分提取焊缝应力,再进行焊缝的强度计算。

焊缝处应力积分

焊缝的疲劳寿命

BENEFIT

很多焊接结构的厚度在1-3mm以内,可以采用Ncode提供的经验性的焊缝建模方法,对其焊缝疲劳性能进行研究。该方法已经成熟应用于汽车行业。
对于厚板结构,nCode采用《ASME锅炉和压力容器规范VIII(Division 2)》中的焊缝热点应力积分方法,进行疲劳计算。因此,该方法可以用于锅炉、压力容器等厚板结构的焊缝疲劳计算。

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