hypermesh第一讲-建立焊点.docx

Hypermesh 中 cweld、acm、fastener 焊点建立1. 车身焊点作用及技术要求1.1 焊点作用焊接是汽车冲压件、铸造件、锻造件一种重要的链接方式，如点焊，缝焊其中点焊在车身钣金件和局部底盘件链接中广为应用它是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件有限接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化而形成扁球形的熔核，到达金属结合的一种方法它在整车动态或静态工况中承受着各个方向的拉应力、压应力、剪应力，因此对整车的安全牢靠性有着重要的影响1.2 焊点技术要求焊点一般要求如下： 1〕焊点有足够的机械强度2） 焊接牢靠，保证导电性能3） 焊点外表整齐、美观，如外观应光滑、清洁、均匀、对称、整齐、布满整个焊盘并与焊盘大小比例适宜除上述要求，车身焊点还有直径、点距、抗剪强度等要求点距是指相邻两焊点的中心距，与被焊金属的厚度、导电率、熔核大小及焊接层数表1 给出了几种材料焊点点距的最小极限值，在实际设计中可作为下限设计参考对于车身焊点点距，其最小值为 15-18mm，最大值为 45-55mm，如低碳钢点焊点距在30-35mm，可以在局部位置承受锯齿型布置点距板厚表 1. 焊点的最小点距〔板厚指被换板中较薄着，单位 mm〕构造钢不锈钢及高温合金轻合金0.5108150.81210151.01210151.21412151.51412202.01614252.51816253.02018303.52220354.0242235表 1. 源于中国机械工程学会焊接学会编著《焊接手册〔第 1 卷〕-焊接方法及设备》对于车身焊点直径，其取值范围为 4-8mm，一般焊点直径可取为 6mm，关键焊点直径可取为 7mm。

表 2 给出四种钢材焊点直径的最小极限值，在实际设计中可作为下限设计参考表 2. 焊点最小直径〔板厚指被换板中较薄着，单位 mm〕注：表 2 源于傅积和、孙玉林主编《焊接数据资料手册》焊点失效以剪切破坏为主，其抗剪性能与其大小有直接关系，具体要求参见傅积和、孙玉林主编《焊接数据资料手册》焊点抗剪强度测量方式如下：图 1.1 抗剪强度测量示意图2. 焊点单元基于焊点的重要性，在汽车 CAE 分析中，尤其在白车身相关分析中焊点的模拟尤为重要Fastener〔abaqus 单元类型〕单元、 Cweld〔nastran 单元类型〕 单元和 ACM 单元是现在汽车行业应用最多也是广为认可的焊点模拟方法下面以车身接头为例，介绍在 hypermesh 中如何建立这三种单元2.1 几何处理导入几何，抽中面〔以壳模拟钣金件〕后如图2.1 所示 黄色为焊点几何， 来自于 CAD 模型，用于焊点单元建立定位图 2.1 接头几何示意图2.2 部件属性设置先定义部件属性，如图 2.2 所示，厚度定义在 creat/edit 里设置好，确定要设置厚度，否则在 ACM 焊点单元建立时会消灭奇异〔下文将会讲到〕属性定义好之后赐予相应的部件。

也可以先画网格，再定义部件属性图 2.2 部件属性定义图 2.3 赐予部件属性2.3 网格划分先几何处理，然后依据部件尺寸和分析要求选择适宜的尺寸划分网格如图2.4 所示，选择边长均值为 6mm 的四边形单元划分网格图 2.4 接头的 FE 模型2.4 cweld 焊点单元建立nastran 用户界面下，在 1D 板面点击 connectors，如图 2.5 所示图 2.5 1D 板面进入后点击 spot，开头建立 cweld 焊点，如图 2.6 所示1) location图 2.6 spot 窗口从 location 右侧的下拉菜单中选择用于焊点定位的参数假设焊点几何点存在，可以直接用points 定位；假设无几何点，但几何面存在，可以选择 lines、nodelist、nodes；假设仅有网格，可以选择用 nodes 或nodelist 来定位此处选points，然后在操作界面中框选模型，图2.7 中所见的高亮点2) connect what图 2.7 焊点几何点选择点击 contact 右侧的 comps，选择焊点连接的部件，被选中的部件会高亮显示，如图 2.8 所示留意，当模型简洁时，可依据连接件将焊点分类，放到不同的 component 中。

图 2.8 连接件选择3) num layersnum layers 用以设置点焊层数，依据实际状况从下拉菜单中选择对应的层数此模型选择 total2，如图 2.8 所示4) tolerancetolerance 用以设置容差，以便在components 之间建立焊点，一般不小于连接件的中面间距此处设置为 2.05) type图 2.9 tolerance 设置点击 type 会消灭焊点类型的窗口此处选择 cweld(GA-GB ELEMID),如图 2.10 所示，选好后点击return 返回Type 正下方的下拉菜单对建模没有影响，承受 dafault post script 选项6) diameter图 2.10 CWELD 单元选择diameter 设置焊点直径〔单位 mm〕，此处输入 5.07) creat将焊点几何所在的 component 设为当前，点击 creat创立好焊点的模型如图 2.11 所示图 2.11 FE 模型注：此时会自动生成一个 property〔图 2.12〕，需要自己手动修改材料，假设焊点直径在 diameter 中设置错误，可以在 HM_PWELD 中修改。

图 2.12 property 列表2.5 acm 焊点单元建立重复上述 1-7 步建立 acm 单元，只需要在第五步 type 选择时，从下拉菜单中选择 ACM 单元，此处选择 acm〔equivalenced-(T1+T2)/2〕建好焊点后的模型如图 2.14.图 2.13 acm 单元选择图 2.14 acm 单元选择注：Acm 是用六面体实体单元模拟焊点，实体的高度与连接件间距相等，实体的边长与设置的直径有关在建立 acm 单元前，假设没设置连接件的厚度属性，在建里 ACM 单元时会觉察， 生成的六面体是一个高度趋于零的六面体，导致aspact 指标无限大这就是为什么先定义部件属性才开头网格和单元建立在创立好 acm 单元后会自动生成两个 component 和一个 property，需手动设置生成的property 里的材料图 2.15 component 和 property 列表2.6 fastener 焊点单元建立在 abaqus 用户下，依据 2.4 节的 1-7 步建立 fastener 单元，在第五步type 从下 拉菜 单 中 选 择 fastener 单元 建 好焊 点后 的模 型如 图 2.17.图 2.16 fastener 单元选择图 2.17 acm 单元选择注：在创立好 fastener 单元后会自动生成一个焊点的component，两个 property---焊点的属性和横截面属性。

图 2.18 component 和 property 列表对于焊点属性卡片里的材料选项可以不设置，横截面属性里的截面行为选项页可不设置图 2.18 HM_ConnecorSection 卡片设置图 2.19 HM_FastenerProperty 卡片设置3. 焊点类型对构造模态的影响焊点的分布和直径对构造刚度有直接的影响，从而导致构造模态差异在同一构造中，即使焊点分布和大小均一样，有限元选择不同的焊点单元，也会导致仿真结果的差异基于上述三种模型进展自然模态分析，其比照结果如下：模态阶数Cweld 单元Acm 单元Fastener 单元1356.3376.8395.882449.1449.6453.33459.6462.4468.844515.4547.5579.95558.4570.6594.36564.1581.2604.4。