焊点在机械及汽车连接中非常重要,准确模拟非常关键。将焊点当成一种金属材料,需要设置密度RHO、弹性模量E、泊松比PR,也可设置失效参数,如屈服应力SIGY、塑性硬化模量EH、质量缩放时间步长等,如图7-12所示;同时还可以设置焊点失效时的轴力NRR、合力NRS和NRT等。一般需要使用相对应的*CONTACT_SPOTWELD,即将焊点与零件绑定在一起。在创建时若选择MATL100时,为梁焊点模型,其对应的属性为*SECTION_BEAM_TYPE9;而MATL100(HEXA)为六面体焊点模型,如图7-13所示,摘自《超单元法仿真实践》书籍。
钣金焊点失效精确模型建模流程:
钣金之间的焊点失效模式主要有拉脱失效和焊核失效两种模式,其中拉脱失效指焊点热影响区材料沿焊核周围整圈撕裂而焊核保持完整;而焊核失效指焊核结合面分离而母材及热影响区材料未撕裂。在实际建模中若只是创建简单的六面体或梁焊点模型大部分情形下可以满足要求,但是在关键受力区域或需要重点关注的位置,需要精细考虑焊点的失效模型,此时简单的六面体或梁焊点不能满足精度要求,需要将六面体焊点进行转换,同时需要考虑焊核、热影响区及母材等区域的网格。其建模采用ANSA软件可以快速的创建带有热影响区的焊点,具体流程如下所示:
(1)首先在ANSA中打开带有六面体焊点的零件和焊点,一般关键区域的网格需要细化,如模型整体尺寸为8mm,关键区域采用3-4mm,本例模型在OS中创建,焊点直径为6mm,细化网格采用3mm,如图7-14所示。
(2)第二步提取焊点的几何信息,采用Convert转换工具,点击FE to Cnctn Pts下面的Module ID并选择六面体焊点点击中键即生成焊核几何信息,如图7-15所示。
(2)点击connection manager,选择所要转换的或全部的焊点几何,并点击中键后出现焊点信息列表,在焊点信息上点击右键,选择Connectivity下的Auto-Connect,然后点击SOLID点击OK,最后在右侧栏的FE Rep Type中选择如图7-16所示的参数,最后点击Realize即可将六面体焊点转换成带热影响区的焊点信息,图中的参数可根据需要进行适当调整。
在图7-16(e)中最终创建的焊点信息自动分组包括焊核(四个六面体单元)、热影响区HAZ(Heat Affected Zone)和母材,通常母材网格尺寸为3mm,焊核直径为6mm,热影响区尺寸为1.5mm,此时可以直接定义HAZ的材料曲线。在实际工程中焊核一般不会发生撕裂,主要以热影响区失效为主;普通钢的热影响区域材料硬化会有1.05-1.2倍提升,失效曲线有0.5-0.9倍的弱化,热成型钢的热影响区材料硬化会有0.7倍的弱化。材料硬化曲线可基于母材材料曲线整体缩放调整,粗糙点可与母材相同,建议根据点焊测试区域结果进行设置。
失效模型采用GISSMO模型,具体的各参数见本章后续内容。更多精彩内容请参阅《超单元法应用实践》一书,涉及静力、动力、NVH、碰撞安全等全领域应用技巧。
参考文献:超单元法应用实践,清华大学出版社,2025.3