技巧丨Ncode焊縫疲勞性能計算

2017-03-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

TASK

焊接結構的疲勞破壞往往源于焊縫的應力集中區。焊縫通常存在未焊透、夾渣、咬邊、裂紋等焊接缺陷。這些先天缺陷往往導致疲勞裂紋直接越過萌生階段,縮短疲勞裂紋斷裂過程。由于焊接缺陷、焊縫尺寸形狀等因素的隨機性,如何通過保守的標準方法計算焊縫的疲勞強度是我們比較關心的技術問題。

SOLUTION

在nCode中,薄板部件和厚板部件的焊縫疲勞強度計算方法不同。薄板部件的焊縫疲勞計算方法采用的是由Volvo汽車公司和查爾姆斯(Chalmers)理工大學提出,并與nCode合作開發的計算方法。該方法被特別用于薄鋼板(一般為1-3mm厚度)焊接的汽車部件。它使用的基于結構應力的計算方法,具有相當普遍的適用性。而對于較厚部件,可以采用《ASME鍋爐和壓力容器規范VIII(Division 2)》進行實體單元建模,其疲勞計算方法也包括在nCode焊接模塊中。

對于薄板焊縫,其方法是基于應力疲勞壽命計算方法,但是需要在焊縫處做特殊處理。

以角焊縫為例,焊縫一般由一行傾斜的shell單元或兩行shell單元表示。焊縫單元還需要具有不同的屬性設置,單元法向也要嚴格控制,同時其傾斜距離及焊喉厚度都應該滿足經驗要求。

焊喉處的應力可以采用FE應力,也可以采用讀取的FE的力和力矩、位移和轉角推導出焊喉的應力,再進行疲勞計算。如下圖所示,是某汽車零部件的焊縫疲勞分析流程。

對于厚部件,nCode采用ASME鍋爐及壓力容器規范,通過應力積分提取焊縫應力,再進行焊縫的強度計算。

焊縫處應力積分

焊縫的疲勞壽命

BENEFIT

很多焊接結構的厚度在1-3mm以內,可以采用Ncode提供的經驗性的焊縫建模方法,對其焊縫疲勞性能進行研究。該方法已經成熟應用于汽車行業。
對于厚板結構,nCode采用《ASME鍋爐和壓力容器規范VIII(Division 2)》中的焊縫熱點應力積分方法,進行疲勞計算。因此,該方法可以用于鍋爐、壓力容器等厚板結構的焊縫疲勞計算。

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