焊接结构的疲劳评估是工程中的一大难题。焊缝处的应力集中、残余应力以及材料性能的变化,使得传统疲劳分析方法难以直接适用。DesignLife 提供了与沃尔沃汽车公司联合开发的缝焊分析选项,基于结构应力法对焊缝进行疲劳评估,适用于薄板(<5 mm)汽车应用,原则上也可推广到更重的结构。
在本节中,我们将使用标准 Seam Weld CAE Fatigue glyph 对承受道路载荷的焊接悬架臂进行疲劳分析,并通过 Advanced Edit 和 Edit Exposed Properties 修改 glyph 的行为。
文件位于 \demo\designlife\09_SeamWeldFatigue\ 文件夹中:
• trailing_arm.dat / trailing_arm.op2 — FE 模型与结果
• weld_example.flo — 流程文件
• wheel_force.rsp — 载荷时间历程
步骤1 拖放 trailing_arm.op2 到工作区创建 FE Input glyph,勾选 Display 查看模型。
步骤2 右键点击显示窗口选择 Properties,在 FE Display > Groups 中将 Group Type 设为 Property。可以看到拖臂由多个焊接部件组成,其中有一排代表焊缝的单元,属性集为 SHELL_22553。
步骤3 拖放 wheel_force.rsp 到工作区创建 Time Series Input glyph。数据包含三个力和三个力矩的加载历程。将显示数量设为 6 以查看所有通道。
步骤4 从 DesignLife 面板选择 Seam Weld CAE Fatigue glyph,连接到 FE Input 和 Time Series Input glyph。该分析 glyph 有两个输出端口:上端口输出压缩结果(适用于云图显示),下端口输出完整结果(适用于表格显示)。
步骤5 从 Display 面板连接 FE Display glyph 到上端口,Data Values Display glyph 到下端口。
接下来,我们将通过 Advanced Edit 修改 glyph 配置,并通过 Edit Exposed Properties 暴露更多属性。
步骤1 右键点击 Seam Weld Analysis glyph 选择 Properties 查看属性。该 glyph 可分析角焊缝、搭接焊缝和不同类型的激光焊缝,暴露了 Weld_Fillet_GroupNames 和 Weld_Overlap_GroupNames 两个属性。
步骤2 右键选择 Advanced Edit,在提示时点击 Yes。在 Configuration Editor 中点击 Welds_Fillet 对象查看属性。
关键属性说明:SelectionGroupType = Property(按属性集选择实体);SolutionLocation = Seamweld;EntityDataType = Stress(可使用 NASTRAN CUBIC 应力恢复选项);SeamWeldType = Fillet;WeldResultLocation = MidElementEdge(在焊缝相邻单元边的中点进行计算,对网格特征不敏感)。
步骤3 在 Select Groups 选项卡中,选中 SHELL_22553 并点击 > 按钮选中它。
步骤4 由于仅分析一个角焊缝,删除冗余的 Welds_Overlap 分析组。点击 OK 关闭 Configuration Editor。
步骤5 右键选择 Edit Exposed Properties,在 Welds_Fillet 对象中找到 EntityDataType 和 WeldResultLocation,将它们添加到暴露属性列表中。点击 OK 保存。
步骤6 右键选择 Edit Material Mapping(点击 Yes 运行流程)。对于每个材料组,可分配三种材料(S-N 曲线),分别对应焊趾、焊根和焊喉失效。默认材料为 seam_steel(通用钢 S-N 曲线)。选中 SHELL_22553 组,将 seam_steel 分配给焊趾和焊根材料。
步骤7 右键选择 Edit Load Mapping。取消 Auto-Configure,选中所有六个 Load Case Assignments,点击 Properties 按钮,将 Divider 设为 1000(因载荷工况为 1000 N 和 1000 Nmm)。点击 OK。
步骤8 点击 Run 按钮运行分析。
分析完成后,在 Data Values Display 中可以看到焊趾和焊根处各单元的完整计算结果。注意单元 30327 的最大损伤值约为 0.008。Dominant stress direction 列指示主导应力相对于局部 X 轴的方向,小数值表明损伤应力大致垂直于焊缝。
接下来,我们通过修改属性来探索不同应力恢复方法的效果:
步骤1 将 Welds_Fillet_EntityDataType 设为 ForceMoment,SeamWeldEngine_MultiaxialAssessment 设为 None,SeamWeldEngine_CombinationMethod 设为 WeldNormal。这会将应力恢复方法改为基于网格点力和力矩推导的应力。重新运行分析。
步骤2 将 Welds_Fillet_EntityDataType 改为 Displacement(基于节点位移和转角推导应力),重新运行。此时最大损伤单元变为 32978。
步骤3 在 FEDisplay 中使用 Pick 功能高亮显示单元 32978。可以发现该单元严重畸变,除非改善该区域的网格质量,否则此处的结果需要谨慎对待。
✅ 掌握了 Seam Weld CAE Fatigue glyph 的完整配置流程
✅ 学会了通过 Advanced Edit 和 Edit Exposed Properties 定制分析 glyph
✅ 了解了不同应力恢复方法(Stress/ForceMoment/Displacement)对结果的影响