焊点疲劳分析：OptiStruct结合S-N方法的完整教程

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在白车身的疲劳分析中，焊点的疲劳分析是一个重要的环节，因为焊点是车身结构中的关键连接点，其疲劳性能直接影响到整车的安全性和可靠性。焊点疲劳分析主要关注焊点在循环载荷作用下的寿命预测，以确保在车辆使用寿命内焊点不会发生疲劳破坏。

下面是常用的分析方法与说明

1. 名义应力法：这是一种简化的方法，通过计算焊缝处的等效应力或标称应力，并与经验S-N曲线进行比较来评估焊点的疲劳寿命。这种方法操作简单，但可能不够精确。

2. 热点应力法：这种方法考虑了由于宏观结构构造及几何外形不连续引起的应力集中，不需要考虑焊缝自身切口效应引起的非线性应力峰值的影响，也不考虑焊缝处的残余应力。热点应力的S-N疲劳曲线仅与热点处相应的应力值有关，焊接结构细节形式不会影响评估结果。

3. 结构应力法：这种方法将节点力及力矩转换成沿着焊趾的线力及线力矩，继而分解出焊趾位置表面膜应力和弯曲应力，基于弯曲应力比插值焊缝S-N曲线，获得相应的疲劳结果。这种方法在工程应用上具有独特的优势，因为它关于有限元网格的不敏感性。

4. 主S-N曲线法：这是一种最新的评价方法，它在传统疲劳评价方法的基础上考虑了应力集中这一因素，并与断裂力学相结合，得到一条通用型主S-N曲线。通过主S-N曲线法进行疲劳分析计算能更准确地预测焊接件的疲劳寿命。

在本教程中，将创建一个额外的SUBCASE，以通过RUPP方法计算点焊疲劳。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。

http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-6040/SpotWeld_Cbar_Nugget.zip

点焊疲劳仅适用于两个壳之间的点焊。点焊位置由三个属性定义，即薄板1、薄板2 和焊点。薄板由壳单元定义，焊点由CWELD、CBAR、CBEAM或CHEXA单元定义。焊点可以直接连接到壳上，或者可以使用RBE2/RBE3 单元将焊点连接到壳上。

除了垂直弯曲外，支架还承受前后扭转载荷。

图1.在两个框架截面之间建模的点焊

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

本练习使用的模型是汽车车架的模型。输入文件包含框架所承受的三个static load step—— 正面扭转、背面扭转和垂直弯曲。

1.启动HyperMesh。

此时将打开User Profile对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。

这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。

二、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type ，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择保存到工作目录的Spotweld_CbarNugget.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

在以下步骤中要实现的Fatigue Analysis设置的云图。

图2.疲劳设置– 点焊

三、设置模型

3.1定义TABFAT Load Collector

定义加载顺序的第一步是定义TABFAT曲线。这表示加载历程记录。

1.确保在View菜单中选择Utility菜单。点击View>Browsers>HyperMesh>Utility。

2.单击Browser中Model选项卡旁边的Utility菜单。在Tools部分中，单击TABLE Create。

3.将Options设置为Import table。

4.将Tables设置为TABFAT。

5.单击Next。

6.浏览加载文件。

7.在Open the XY Data File对话框中，将Files of type filter设置为CSV （*.csv）。

8.打开保存到工作目录的load1.csv文件。

9.Create名称为LH1 的新表。

10.单击Apply以保存表。

将创建带有TABFATcard image的曲线LH1。

11.单击Apply以保存表。

将创建带有TABFATcard image的Load Collector table2。

12.退出Import TABFAT窗口。

表格显示在Model Browser中的Load Collector下。

Note：DAC格式的文件可以很容易地以HyperGraph格式导入，并转换为CSV格式，以便在HyperMesh中读取。

3.2定义FATLOAD Load Collector

为存在的Load Case分别创建一个fatload。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Fatload_Front。

3.对于Card Image，选择FATLOAD。

4.对于TID（表ID），从曲线列表中选择LH1。

5.对于LCID（Load Case ID），从Load Step列表中选择Front Torsional Stiffness 。

6.将LDM（载荷大小）设置为0.1。

7.将Scale设置为3.0。

8.重复该过程以创建2 个名为FATLOAD卡的附加Load Collector ：

LCID为Rear Torsional Stiffness且TID为LH1的Fatload_Rear

LCID为Vertical Bending Stiffness且TID为LH1的Fatload_Vertical

9.将LDM设置为0.1，将Scale设置为3.0。

3.3定义FATEVNT Load Collector

创建Event1以分配创建的fatload。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Event1。

3.对于Card Image，选择FATEVNT。

4.对于FATEVNT_NUM_FLOAD，输入3。

5.单击 Data字段旁边的Table图标，然后选择创建的3 个FLOADLoad Collector 。

图3.卡片信息

3.4定义FATSEQ Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Fat-Sequence。

3.对于Card Image，选择FATSEQ。

4.对于FATSEQ_NUM输入1，因为已创建1 个FATEVENT。

5.对于FID （疲劳事件定义），选择Event1和N作为1。

Tip：右键单击N并选择Status进行编辑。

定义疲劳分析的事件序列已完成。接下来定义Fatigue参数。

3.5定义疲劳参数

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Fat-Parameter。

3.对于Card Image，选择FATPARM。

4.验证TYPE是否设置为SN。

5.将STRESSU设置为MPA （Stress Units）。

6.将RAINFLOW RTYPE设置为LOAD。

7.将GATEREL设置为0.0。

8.将CERTNTY SURVCERT设置为0.5。

9.选中SPWLD旁边的框，然后选择以下选项：

METHOD=RUPP

UCORRECT =FKM

SURVCERT =0.9

THCKCORR =YES

NANGLE =20

3.6定义疲劳材料属性

疲劳分析的材料曲线可以在MAT1 卡上定义。

1.在Model Browser中，点击SteelMaterial。

Entity Editor随即打开。

2.在Entity Editor中，将MATFAT设置为SN。

3.将UTS（极限拉伸应力）设置为1000.0。

4.选中SPWLD旁边的框，然后选择以下选项。

5.对于SN曲线集（这些值应从Material的SN曲线中获得）。

SRI1_SP1：1903.0

B1_SP1：-0.123

NC1_SP1：1e6

SE_SP1：1

SRI1_SP2：1903.0

B1_SP2：-0.123

NC1_SP2：1e6

SE_SP2：1

SRI1_SP3：1903.0

B1_SP3：-0.123

NC1_SP3：1e6

SE_SP3：1

列出了三个SN曲线详细信息，其中1 = 板材1,2 = 板材2,3 = 点焊熔核。

3.7定义PFATSPW属性

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Property。

2.对于Name ，输入PFATSPW。

3.对于Card Image，选择PFATSPW。

4.将SPTFAIL设置为All。

5.将ALPHA设置为3.5。

6.将TREF设置为1.0。

7.将TREF_N设置为0.2。

8.将SF设置为1.0。

9.单击Close。

3.8定义FATDEF Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATDEF1。

3.将Card Image设置为FATDEF。

4.在PTYPE实体编辑器中激活PTYPE、PBARL和PFATSPWID。

5.对于FATDEF_PBARL_NUMIDS，请输入1。

6.为PID选择PBARL_4，为PFATSPW选择PFATSPW。

图4.显示焊缝单元属性组合的疲劳定义

7.单击Close。

3.9定义疲劳Load Step

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step。

2.对于Name ，输入Fatigue-SpotWeld-Analysis。

3.将Analysis type设置为fatigue。

4.对于FATDEF，请选择fatdef。

5.对于FATPARM，请选择fatparam。

6.对于FATSEQ，请选择fatseq。

7.向下滚动并选中SUBCASE OPTIONS中的OUTPUT并选择RNFLOW将雨流计数输出为工作目录中的*.rnf文件，此文件列出了为每个Element计算的雨流。

四、提交作业

1.在Analysis页面中，输入OptiStruct面板。

2.单击输入文件字段后面的save as。

此时将打开Save As对话框。

3.对于File name ，输入名称SpotWeld_Cbar_Nugget.fem。

4.单击Save。

5.单击OptiStruct提交分析。

五、查看结果

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。

2.转到Results选项卡。

3.在结果选项卡中，从SUBCASE字段中选择Subcase 4 （Fatigue-SpotWeld-Analysis）。

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

5.将Result type设置为Damage并单击Apply以绘制Element的云图。

图5.显示焊点单元属性组合的疲劳定义

图6.显示焊点单元属性组合的疲劳定义

来源：TodayCAEer

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-06-13

最近编辑：21小时前

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