1、焊点焊点第八章第八章Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-2综述综述在汽车工业和航空航天工业中，许多场合需要模拟两个或多个薄在汽车工业和航空航天工业中，许多场合需要模拟两个或多个薄部件之间的焊接情况部件之间的焊接情况焊点能显著影响薄板组件的强度和疲劳特性焊点能显著影响薄板组件的强度和疲劳特性对待焊点的传统方法对待焊点的传统方法:在焊点处协调不同组件的网格在焊点处协调不同组
2、件的网格 焊点半径效应没有考虑进来焊点半径效应没有考虑进来 低估了焊点连接的强度低估了焊点连接的强度Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-3 综述综述该章节包括以下几个主题该章节包括以下几个主题:焊点特征焊点特征焊点创建过程焊点创建过程焊点的投射焊点的投射焊点的列表和删除焊点的列表和删除焊点结果列表焊点结果列表其它考虑事项其它考虑事项Advanced Contact&Fa
3、stenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-4A.焊点特征焊点特征元件可以单独分网元件可以单独分网焊点可以忽略有限元模型的网格而存在于任何位置焊点可以忽略有限元模型的网格而存在于任何位置.焊点的位置可以独立于要进行焊接的表面上节点的位置焊点的位置可以独立于要进行焊接的表面上节点的位置.焊点由将要连接的表面和面附近的一个焊接节点定义，焊接节点决焊点由将要连接的表面和面附近的一个焊接节点定义，焊接节点决定焊点的位置定焊
4、点的位置Shell ElementsMesh-Independent Spot WeldAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-5 焊点特征焊点特征该方法考虑了焊点半径的影响，该方法考虑了焊点半径的影响，ANSYS将生成将生成 通过接触对在每个焊点表面生成通过接触对在每个焊点表面生成RBE3型的多点约束，焊点半径决定型的多点约束，焊点半径决定力分布的范围力分布的范围.使用刚
5、性或柔性梁单元连接两相邻表面使用刚性或柔性梁单元连接两相邻表面.生成基于生成基于MPC的接触单元的接触单元，内部生成约，内部生成约束束使用梁单元表示焊点使用梁单元表示焊点Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-6 焊点特征焊点特征焊点包含多种单元类型焊点包含多种单元类型:BEAM188(可变形可变形)或或 MPC184(刚性刚性)表示焊点表示焊点 每个焊点末端包含每个焊点末
6、端包含CONTA175单元单元 使用基于使用基于MPC的绑定接触的绑定接触 焊点连接每个表面上生成的焊点连接每个表面上生成的TARGE170单元单元 使用壳实体约束（属于使用壳实体约束（属于RBE3型的约束）型的约束）CONTA175MPC184 或或 BEAM188TARGE170Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-7B.焊点创建过程焊点创建过程创建焊点单元的一般过程
7、创建焊点单元的一般过程:1.给将要通过焊点连接的两表面划分网格给将要通过焊点连接的两表面划分网格2.如果使用可变形如果使用可变形/柔性焊点，使用柔性焊点，使用BEAM188单元（指定材料属性和单元（指定材料属性和梁截面梁截面)对于刚性焊点，无需作特殊指定对于刚性焊点，无需作特殊指定3.如果焊点位置不在表面网格上，那么直接在所需要的位置建立一个如果焊点位置不在表面网格上，那么直接在所需要的位置建立一个节点节点4.使用使用 SWGEN 命令建立焊点命令建立焊点5.使用使用SWADD命令增加其它的面到焊点集命令增加其它的面到焊点集(可选可选)Advanced Contact&FastenersAdv
8、anced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-8 焊点创建过程焊点创建过程1.焊点创建过程支持任何有焊点创建过程支持任何有6个自由度的结构壳单元个自由度的结构壳单元.将要建立焊点将要建立焊点的面需要先划分好网格的面需要先划分好网格.对于壳单元，焊点的生成基于面和节点组件对于壳单元，焊点的生成基于面和节点组件如果网格来自如果网格来自ANSYS之外（例如之外（例如ANSYS Workbench的的simulation模块或模块或ICEM C
9、FD），要确保每个表面集是不同的节点组件），要确保每个表面集是不同的节点组件Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-9 焊点创建过程焊点创建过程2.如果想要得到柔性焊点，定义并激活适当的梁单元属性如果想要得到柔性焊点，定义并激活适当的梁单元属性定义定义BEAM188单元并赋予圆形的横截面和适当的材料属性单元并赋予圆形的横截面和适当的材料属性使用如下使用如下GUI方式定义属性
10、方式定义属性Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes此步骤不适合刚性焊点此步骤不适合刚性焊点Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-10 焊点创建过程焊点创建过程3.创建一个焊点定位节点创建一个焊点定位节点焊点的位置由一个节点定义。如果使用表面壳单元上的节点定位的焊点的位置由一个节点定义。
11、如果使用表面壳单元上的节点定位的话，以下步骤可省略，否则：话，以下步骤可省略，否则：在将要连接面的面上或附近直接生成一个节点在将要连接面的面上或附近直接生成一个节点Main Menu Preprocessor Modeling Create Nodes在将要连接的另外一个面上或附近直接生成一个节点（可选）在将要连接的另外一个面上或附近直接生成一个节点（可选）用户可指定该节点和投射方向用户可指定该节点和投射方向为方便后面的分析，写下新创建节点的节点号为方便后面的分析，写下新创建节点的节点号Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAd
12、vanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-11 焊点创建过程焊点创建过程4.使用使用SWGEN命令创建节点命令创建节点Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Spotweld Create New Set可使用划分网格后的面或节点组件定义将要和焊点进行连接的壳单元可使用划分网格后的面或节点组件定义将要和焊点进行连接的壳单元集集选择定义焊点位置或投射方向的一个或两个节点选择定义焊点位置或投射方向的一个或两个节点将会出现下面的焊点
13、定义对话框将会出现下面的焊点定义对话框:使用两个节点组件和一个节使用两个节点组件和一个节点定义柔性焊点点定义柔性焊点使用两个面定义刚性焊点，两个节使用两个面定义刚性焊点，两个节点定义焊点位置和方向点定义焊点位置和方向Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-12 焊点创建过程焊点创建过程 焊点定义对话框包含如下选项焊点定义对话框包含如下选项:Element component
14、 name：单元组件名：单元组件名(必必需需)Spot weld radius MPC 区域的大小区域的大小(必需必需)Search radius 定义在壳单元上生成目标单元定义在壳单元上生成目标单元区域的尺寸区域的尺寸(可选可选,缺省设置为缺省设置为 4倍的焊点半径倍的焊点半径)第二个焊点号或使用第二个焊点号或使用x、y、z定义焊点投射向量定义焊点投射向量(可选可选,可使用缺省投射设置可使用缺省投射设置)Pre-defined target and contact element type ID(可选可选,自动定义自动定义)Advanced Contact&FastenersAdvanced
15、 Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-13 焊点创建过程焊点创建过程5.焊点在两表面创建后，其它表面也可指定为焊点焊点在两表面创建后，其它表面也可指定为焊点如果焊点穿过多余如果焊点穿过多余2个表面时才需要个表面时才需要每个焊点最多允许每个焊点最多允许11个面（包括初始的个面（包括初始的2个面）个面）用户需要指定已经存在的焊点单元组件的名称（第用户需要指定已经存在的焊点单元组件的名称（第4步中定义）和步中定义）和搜索半径以生成目标单元搜索半
16、径以生成目标单元面和节点组件都可指定为额外需要增加的面面和节点组件都可指定为额外需要增加的面Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-14C.焊点的投射焊点的投射创建焊点中，第一个焊点的节点号有以下创建焊点中，第一个焊点的节点号有以下2种用途种用途:确定焊点的投射确定焊点的投射 生成焊点生成焊点因此，第一个焊点的节点移到第一个表面上以生成焊点，它的位因此，第一个焊点的节点移到
17、第一个表面上以生成焊点，它的位置应该接近于第一个面，处于搜索半径之内置应该接近于第一个面，处于搜索半径之内Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-15 焊点的投射焊点的投射有有3种可用的投射方法种可用的投射方法:使用一个节点投射（缺省）使用一个节点投射（缺省）:节点节点1投射到面投射到面1上，这决定了投射方向上，这决定了投射方向 节点节点1移到面移到面1上上 节点节点2沿着
18、投射方向在面沿着投射方向在面2上生成上生成 使用节点使用节点1和和2生成梁单元和接触单元生成梁单元和接触单元.使用两个节点投射使用两个节点投射:节点节点1和节点和节点2分别移到表面分别移到表面1和和2上，沿着初始投射方向上，沿着初始投射方向 使用移动后的节点使用移动后的节点1和和2生成梁单元和接触单元生成梁单元和接触单元Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-16 焊点的投
19、射焊点的投射Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-17 焊点的投射焊点的投射焊点半径和搜索半径对于焊点的创建非常重要焊点半径和搜索半径对于焊点的创建非常重要 搜索半径定义了焊点搜索半径定义了焊点目标区域的大小；目标区域的大小；焊点半径定义了内部焊点半径定义了内部生成的多点约束区域的生成的多点约束区域的大小；大小；搜索半径要大于等于搜索半径要大于等于焊点半径，缺省设置下焊点
20、半径，缺省设置下，搜索半径等于，搜索半径等于4 4倍的焊倍的焊点半径点半径Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-18D.焊点的列表和删除焊点的列表和删除使用使用SWLIST命令列表显示生成的焊点命令列表显示生成的焊点 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Spotweld List 列表显示每个焊点的单元类型、节点
21、号、半径和法向列表显示每个焊点的单元类型、节点号、半径和法向Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-19 焊点的列表和删除焊点的列表和删除使用使用SWDEL命令删除焊点命令删除焊点 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Spotweld Delete 通过单元组件名称删除指定或所有的焊点通过单元组件名称删除指定或所有
22、的焊点Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-20E.焊点结果列表焊点结果列表/POST1中使用中使用SWLIST命令可查看每个焊点的力和力矩命令可查看每个焊点的力和力矩 Main Menu General Postproc List Results SpotWeld Solution 力和力矩的输出基于梁单元坐标系力和力矩的输出基于梁单元坐标系.柔性焊点可输出应力和应变柔
23、性焊点可输出应力和应变.刚性焊点输出示例刚性焊点输出示例柔性焊点输出示例柔性焊点输出示例Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-21F.其它考虑事项其它考虑事项要点要点:当使用SWGEN命令建立焊点时，要指定事先定义的接触单元和目标单元的类型:CONTA175（KEYOPT(2)=2 和KEYOPT(12)=5）模拟绑定接触和基于MPC的接触 TARGE170（KEYOPT(5)=4）模拟壳实体约束 建立刚性焊点时，由于使用了MPC184单元，因此必须选择直接求解直接求解器器。只有正向直接求解器和稀疏矩阵求解器支持Lagrange乘子法（例如MPC184单元），PCG求解器在此情况下不适用.Advanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersAdvanced Contact&FastenersTraining ManualSpot WeldsMay 16,2005Inventory#0022568-22Workshop 请参考请参考Workshop中的相关章节中的相关章节:W8A.在梁上建立焊点在梁上建立焊点
