[发明专利]一种采用有限单元法计算焊缝结构疲劳的处理方法

说明书

在有限单元法中由于其结构被离散化，并由单元和节点相互连接。因此有限元结构中的焊缝连接成为了一种较为棘手的问题，尤其是在处理焊缝结构的疲劳损伤问题。本发明提出了以有限单元法为基础，在处理焊缝结构的疲劳损伤的处理方法，本发明中包含的焊缝结构处理方法包括圆角焊，叠焊，激光叠焊，激光边缘叠焊，固态焊接，通用焊接等焊接方法的处理。同时还提出了焊接位置的格点力和力矩的计算方式。通过本发明所介绍的方法，能够非常简便的处理和计算各种焊接点的有限元分析方法，这使得焊接问题的精度和准确度能够在数值计算中得以提高和应用。

技术领域

本发明属于数值计算的应用领域，具体是基于有限单元法计算的应用领域。本发明提出了采用有限单元算法来处理结构焊接点（焊缝）处疲劳问题的具体方法。

背景技术

本发明提出的缝焊疲劳分析处理方法，最初是由沃尔沃汽车公司、瑞典查尔姆斯理工大学的合作萌生出来的。这个方法尤其是随着薄钢板（1-3mm）的汽车零部件焊接，以及这种结构类型的基于此方法的工业应用所发展起来的。通过工程实践发现，基于本法计算出的结构应力基本的方法具有非常普遍的适用性，采用板壳结构单元，甚至更厚的单元算法，来处理结构疲劳问题，并采用实体单元也很适用。

发明内容

本发明设计是用于薄钢板结构，它是基于有限元算法建模和分析的，主要采用CQUAD4单元。

本发明主要采用有限元求解出的格点力来计算焊点的结构应力。这个方法我们认为是相对于标准应力恢复方法提供了一个更好的划分敏感度水平，它依赖于高斯点的外推法计算。随后，我们认为一个好的划分敏感度水平也可以采用有限元中的CUBIC应力恢复选项来实现。（CUBIC方法中每个单元中的每个节点的应力来源于节点的位移和转动。）虽然使用的应力可以来自于其他有限元代码，但是由于不同软件的应力恢复方法的不同，会导致计算结果产生很大的差异。是否有必要采用其它有限元的代码（例如ABAQUS），采用二次单元可能会获取到更好的结果。

本发明提出了选择性的格点力可以用于确定用于疲劳分析的应力。要使用格点力，首先它们必须保存在有限元结果文件中。选择性的节点位移和转动可以用于确定沿着焊点周围单元的应力。要采用这个方法，节点力和位移必须在有限元结果文件中可调用。

提出了划分焊点具有一些特定的指导方法，在这里简要地提及一下，但是实质上，结构必须主要以CQUAD4单元（或等效）来划分，来代替金属板的中面，并且焊缝由一个单一的或者双列的壳来代替。焊接点周边的划分必须是规整的，如果可能的话，单元大小大约为5mm（实际上，单元的尺寸更倾向于受焊点的尺寸以及好的形状单元的需求所限制）。焊点附近的三角形单元应该尽可能的避免。

本发明如果应力或位移被使用，在焊趾和焊根的非平均节点的单元应力被恢复，基于临近焊点的单元，并且用于疲劳计算。这里将会进行焊缝厚度计算，焊缝厚度单元的几何中心应力将被使用。

如果采用格点力，焊趾和焊缝单元边沿的中点的平均膜和弯曲应力将来源于格点力，并且这就允许应力垂直于顶面和底面的焊趾并采用焊趾和焊根单元来计算。这些应力随后采用普通方法用于疲劳计算。这里焊缝厚度将被计算，应力计算来自于焊接单元的两个焊接的边，并且以几何中心被平均化。格点力的方法需要采用线性单元。

焊趾和焊根单元边沿的中点的应力计算选项被扩展到了有限元应力和源于位移的应力中。这些方法要么是恢复的或者是源于非平均（单元中的节点）应力。如果中间单元边应力被使用，那么每个单元边的应力将在通用坐标系下被平均，并且随后转译到一个基于单元边的局部坐标系中。

本发明确定了屈服于总应力的贡献，并且通过这个方法确定了焊接点是否有必要为“刚性”或者是“柔性”的。一个不同的SN曲线在这类例子中将被需要采用，并且曲线之间的插值将基于弯曲度来执行。

附图说明

图1角焊缝截面显示可能的失效位置；