焊接专题 | 焊点静力学分析实例

    本文研究焊点连接的影响，分析类型为静力学，对比结果为变形(刚度)和应力(强度)。对于焊点建模方法，可以查看笔者系列前作《焊接专题 | 焊点建模 (DM)》，《焊接专题 | 焊点建模2(DM)》，《焊接专题 | 焊点建模3(SCDM)》，《焊接专题 | 焊点建模4(SCDM)》。

01 研究背景

    一般来说，焊点建模，几何层面的操作是很简单的，但用户通常会忽视焊点连接在有限元层面的实现方式。本文澄清了以下3个问题。

    1）有限元层面，焊点连接的实现方式；

    2）焊点梁单元的默认直径；

    3）焊点连接计算结果与网格密度的关系。

02 几何模型

   几何模型如下图所示。板厚均为为1mm。

03 材料模型

    本文使用到的所有材料参数如下。

    线弹性。

04 网格划分

    网格的整体和局部如下图所示。单元尺寸约为2mm。

05 焊点单元

    将网格导入到MAPDL(Mechanical 经典界面)中，可以看出焊点连接在有限元层面的实现方法是使用梁单元(Beam188)。

    继续查看焊点梁单元的默认直径，为20mm（板厚求和的10倍）。

    继续查看梁单元和被连接单元的连接方式，焊点的节点与周边单元的节点连接形成梁单元，一个焊点对形成8+1+5=14个梁单元。注意，这里能够看出，焊点连接区域的大小和单元的尺寸密切相关。

06 边界条件

    约束下部壳体四边，上部壳体边线施加1000N。

07 仿真分析

    当网格尺寸为2mm时，位移结果如下图所示。

    当网格尺寸为4mm时，位移结果如下图所示。

    以上位移结果说明，焊点连接区域的大小和单元的尺寸密切相关。网格越粗，焊点连接区域越大，则连接刚度越大。

    当网格尺寸为2mm时，等效应力结果如下图所示。注意最大应力的分布位置。