基于有限元分析的焊縫連接模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊縫連接模擬方法，更具體地，涉及基于有限元分析的焊縫連接模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，隨著車輛的日益發(fā)展和普及，通過有限元分析方法對車輛制造中所使用的縫焊進行建模(例如CAE (計算機輔助工程)模型)以準確模擬焊縫連接并進而分析和確定對應(yīng)的結(jié)構(gòu)的強度、抗疲勞性、耐撞性以及NVH (噪聲、振動與聲振粗糙度)等特性變得越來越重要。
[0003]現(xiàn)有的兩種基于有限元分析的焊縫連接模擬方法的基本工作原理如下:(I)在第一種方式中，將焊縫連接定義為兩個板之間的剛性連接，并采用剛性單元進行模擬；(2)在第二種方式中，采用柔性連接，但是焊縫被定義為兩個連接板的厚度，并且其材料屬性等同于兩個連接板的材料屬性。
[0004]然而，現(xiàn)有的技術(shù)方案存在如下問題:(I)針對第一種方案，由于將焊縫連接簡單地定義為剛性連接，故會引起連接處的單元突變，從而造成該區(qū)域的模擬結(jié)果不真實(即與實際相比差別較大)，由此導(dǎo)致模擬的效果比較粗糙；(2)針對第二種方案，其避免了連接處的單元突變，但是由于沒有考慮熱影響區(qū)及焊核區(qū)的影響，故焊縫連接模型仍舊比較簡單，由此導(dǎo)致模擬的效果仍然比較粗糙。
[0005]因此，存在如下需求:提供具有高的模擬精確度的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)方案所存在的問題，本發(fā)明提出了具有高的模擬精確度的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于有限元分析的焊縫連接模擬方法，所述方法包括下列步驟:
(Al)確定實際的焊縫的尺寸并根據(jù)實際的焊縫的尺寸確定用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小以及厚度；
(A2)基于所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小以及厚度對所述焊縫進行有限元建模。
[0008]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述步驟(A2)進一步包括:
(BI)根據(jù)所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域的網(wǎng)格將鄰近所述焊縫的第一排單元構(gòu)建成熱影響區(qū)域模型；
(B2)根據(jù)所確定的用于所述焊縫的焊核區(qū)域的網(wǎng)格將焊縫位置以及搭接部分處的單元構(gòu)建成焊核區(qū)域模型。
[0009]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述步驟(BI)進一步包括:根據(jù)所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域的網(wǎng)格的大小切割熱影響區(qū)域幾何模型。
[0010]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述步驟(B2)進一步包括:根據(jù)所確定的用于所述焊縫的焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小切割焊核區(qū)域幾何模型。
[0011]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述步驟(A2)進一步包括:抽取焊縫區(qū)域的內(nèi)邊緣幾何中面以劃分網(wǎng)格；調(diào)整和優(yōu)化所劃分的內(nèi)邊緣網(wǎng)格，以致所述熱影響區(qū)域和所述焊核區(qū)域的網(wǎng)格節(jié)點能夠一一對應(yīng)；根據(jù)設(shè)計要求為所述熱影響區(qū)域和所述焊核區(qū)域賦予材料屬性，并將所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的厚度尺寸分別賦予所述熱影響區(qū)域和所述焊核區(qū)域。
[0012]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述步驟(A2)進一步包括:將所述熱影響區(qū)域和所述焊核區(qū)域中的對應(yīng)的網(wǎng)格節(jié)點用二維殼單元一一連接，以模擬兩個部件之間的焊縫連接。
[0013]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，所述方法進一步包括:將通過步驟(A1)-(A2)建立的基于有限元的焊縫連接模型應(yīng)用于汽車整體結(jié)構(gòu)有限元分析模型中。
[0014]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，基于如下方式確定用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小:(1)熱影響區(qū)域的單元尺寸為:? = L2、bL = L2、dL =L2，其中，\是厚度為tl的板材模擬熱影響區(qū)網(wǎng)格a長度尺寸；bu 4是厚度為t2的板材模擬熱影響區(qū)網(wǎng)格b，d長度尺寸，L2是實際焊縫在厚度為t2的板材上連接的寬度尺寸；2)焊核區(qū)域的單元尺寸為= L2/2，其中，(^是厚度為t2板材的模擬焊核區(qū)網(wǎng)格的長度尺寸，L2是實際焊縫在厚度為t2的板材上連接的寬度尺寸。
[0015]在上面所公開的方案中，優(yōu)選地，基于如下方式確定用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的厚度:(1)熱影響區(qū)域的單元厚度為:aT = tl+(Ll/2)、bT =t2+(L2/2)、dT = t2+(Ll/2)，其中，aT是厚度為tl的板材模擬熱影響區(qū)網(wǎng)格a厚度尺寸；bT, dT是厚度為t2的板材模擬熱影響區(qū)網(wǎng)格b，d厚度尺寸，tl，t2是板材厚度；L1是實際焊縫在厚度為tl的板材上連接的寬度尺寸；L2是實際焊縫在厚度為t2的板材上連接的寬度尺寸；(2)焊核區(qū)域的單元厚度為:cT = t2+L2，其中，cT是厚度為t2板材的模擬焊核區(qū)網(wǎng)格c的厚度；t2是板材厚度；L2是實際焊縫在厚度為t2的板材上連接的寬度。
[0016]本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法具有以下優(yōu)點:由于避免了網(wǎng)格畸變對仿真的影響，同時考慮了縫焊的熱影響區(qū)域和焊核區(qū)域兩者，故能夠顯著地提高有限元模型的模擬精確度。
【附圖說明】
[0017]結(jié)合附圖，本發(fā)明的技術(shù)特征以及優(yōu)點將會被本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法的流程圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法的第一實現(xiàn)例子的不意圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法的第二實現(xiàn)例子的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法包括下列步驟:(Al)確定實際的焊縫的尺寸并根據(jù)實際的焊縫的尺寸確定用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小以及厚度；(A2)基于所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域以及焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小以及厚度對所述焊縫進行有限元建模。
[0019]優(yōu)選地，在本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法中，所述步驟(A2)進一步包括:(BI)根據(jù)所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域的網(wǎng)格將鄰近所述焊縫的第一排單元構(gòu)建成熱影響區(qū)域模型；(B2)根據(jù)所確定的用于所述焊縫的焊核區(qū)域的網(wǎng)格將焊縫位置以及搭接部分處的單元構(gòu)建成焊核區(qū)域模型。
[0020]優(yōu)選地，在本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法中，所述步驟(BI)進一步包括:根據(jù)所確定的用于所述焊縫的熱影響區(qū)域的網(wǎng)格的大小切割熱影響區(qū)域幾何模型。
[0021]優(yōu)選地，在本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法中，所述步驟(B2)進一步包括:根據(jù)所確定的用于所述焊縫的焊核區(qū)域的網(wǎng)格的大小切割焊核區(qū)域幾何模型。
[0022]優(yōu)選地，在本發(fā)明所公開的基于有限元分析的焊縫連接模擬方法中，所述步驟(A2)進一步包括:抽取焊縫區(qū)域(包括熱影響幾何區(qū)域以及焊核幾何區(qū)域)的內(nèi)邊緣幾何中面以劃分網(wǎng)格；調(diào)整和優(yōu)化所劃分的內(nèi)邊緣網(wǎng)格，以致所述熱影響區(qū)域和所述焊核區(qū)域的網(wǎng)格節(jié)點能夠一一對應(yīng)；根據(jù)設(shè)計要求