学术干货| sysweld 焊接教程之VE有限元模型建立
FEA Model Generation 有限元模型的构建
- 尺寸:该有限元模型由6mm厚的基板panel和3mm厚的筋板bar及其间的一道圆角焊接接头组成,基板和筋板在焊前有5mm的间隙。
- 材料:S355J2G3
T型接头弧焊:速度(V=33.310mm/sec),能量/单位长度(Energy/Unit length):280J/mm
Final FEA model
Basic 2D Surface Creation 基础2D面的创建
- 在Visual-MESH 7.5中新建文档File> New
- 在Views工具条上选择X-Z面以在此面上创建基础面。(若在工具条上无此按钮,则点击Views工具条右端的下拉按钮,勾选上相应按钮,则其会显示在工具条上,去除勾选则不显示)
- 菜单Node > By XYZ, Locate… [或按 F8](输入坐标创建节点).
- Method为XYZ, 在原点处(0,0,0)创建节点,Start ID为1 (即节点起始ID编号为1,后续节点ID会自动+1)
- 在屏幕中输入的坐标处出现洋红色的节点,点击Apply确定该节点的创建(在console窗可见该节点的创建信息).
- 接下来输入坐标(0,0,6),点击Apply创建节点2.
- 输入坐标(3,0,6),点击Apply创建节点3
- 输入坐标(5,0,6),点击Apply创建节点4
- 输入坐标(10,0,6),点击Apply创建节点5
- 关闭By XYZ, Locate… 对话框
- 若要显示节点ID号,在屏幕中框选所有节点,点击工具条上按钮“Display ID” (显示ID)。而后可点击按钮“Hide all displayed IDs”关闭ID显示
- 菜单2D > Sweep (Drag) (扫掠创建2D面)
- 对话框下拉列表分别为“Linear Points”(直线点), “Vector”(方向矢量)and “Surf Only”(仅面)设置 Part ID 为1。
- 选择节点1和2作为直线点,按中键确定选择(或点击屏幕右端的绿色箭头)。
- 弹出Vector Definition(矢量定义)对话框,选择“2/3 Points”项,依次选择节点2和节点3,点击 OK.,确定沿节点2到节点3扫掠
- 点击Apply创建面.
- 更改下拉列表“Linear Points”(直线点)为 “Multiple Curves”(多线),选择刚创建面的左边界,中键确定。
- 依次选择节点3和4,中键确定沿节点3到节点4扫掠。
- 保持Part ID为1,点击Apply创建第二个面。
- 对于第三个面,选择刚创建面的左边界,中键确定。
- 依次选择节点4和5,中键确定沿节点4到节点5扫掠。
- 保持Part ID为1,点击Apply完成第三个面的创建。
- 关闭Sweep对话框
First three surfaces in Part 1
- 接下来创建基板面的节点
- 菜单Node > By XYZ, Locate…(输入坐标创建节点).
- 输入坐标(0,0,6.5),点击Apply 创建节点6
- 输入坐标(3,0,6.5),点击Apply 创建节点7
- 输入坐标(3,0,8),点击Apply 创建节点8
- 输入坐标(3,0,12),点击Apply 创建节点9
- 关闭By XYZ, Locate… 对话框
- 显示节点ID号,以便后续按节点号选择
- 菜单2D > Sweep (Drag) (扫掠创建2D面)
- 对话框下拉列表分别为“Linear Points”(直线点), “Vector”(方向矢量)and “Surf Only”(仅面)设置 Part ID 为2。
- 选择节点6和7作为直线点,按中键确定选择。
- 弹出Vector Definition(矢量定义)对话框,选择“2/3 Points”项,依次选择节点7和节点8,点击 OK.,确定沿节点7到节点8扫掠
- 点击Apply创建面,该面为基板和筋板间的5mm的间隙。
- 更改“Linear Points”(直线点)为 “Multiple Curves”(多线),选择刚创建面的上边界,中键确定。
- 依次选择节点8和9,中键确定沿节点8到节点9扫掠。
- 点击Apply创建第二个面
- 关闭 Sweep对话框
All six rectangular surfaces in Part 1
- 菜单 Node > By XYZ, Locate…(输入坐标创建节点).
- 输入坐标(5,0,6),点击Apply 创建节点10
- 输入坐标(5,0,6.5),点击Apply 创建节点11
- 为创建表示焊接材料的三角形面,菜单2D > Blend (Spline)(混成生成2D面)
- 对话框下拉列表分别为“Linear Points”(直线点), “Primary Only”, and “Surf Only”(仅面),设置 Part ID 为3。
- 依次选择节点3和节点10,中键确定。
- 依次选择节点6和节点11,中键确定,点击Apply生成三角面。
- 依次选择节点3和节点4,中键确定。依次选择节点6和节点7,中键确定,点击Apply生成三角面
Blend to create triangular surface
- 关闭Blend对话框
- 点工具按钮“Hide ID” 隐藏所有节点的ID号
- 曲面应自动缝合(stitch),, but if every line in the object is red follow through with the next two steps.
- 菜单Surface > Cleanup (曲面清理),选择 “Stitch”(缝合)项,由CTRL+A或划选选择所有面
- 点击Check(检查),而后 Apply,关闭对话框
Seven surfaces stitched into one surface
Meshing 网格划分
- 点击Display Mode工具条上的按钮,将面的显示模式设为Flat Wireframe(平面线框)模式。
- 菜单2D > Topo Mesh(2D面Topo网格划分)
- 将在整个面上自动生成面拓扑
- Element size(网格边长)设为5,点击Set to All(即设定全局网格边长).
- 勾选“Edge Handles”,更改各边单元数如下图所示 。为改变边单元数,点击框中数字上下拖动调整。
Topology of the 2D surface
- 在Topo Mesh 对话框的Method页,单元选项Element Options更改为“Quad”(四边形) 和 “Linear”(线性),Method方法更改为 Best”,勾选Auto Seed Adjust(自动调节种子点).
- 在ID 页,Part ID设为11,点击 Mesh All Surfaces(所有面网格划分).
- 关闭Topo Mesh 对话框
Extrusion 拉伸
- 点击View工具条上的按钮,将显示视角改为等轴测
- 菜单3D > Sweep (Drag)(扫掠创建3D).
- 筋板,中键确定
- 在下拉列表中选择“Vector”(方向矢量),弹出 Vector Definition(方向矢量定义)对话框
- 选择“Global Axis”(全局坐标),选择 Y axis(沿Y轴拉伸),点击OK.
- 在Sweep – 3D对话框中设置拉伸距离 distance为 48 mm
- 点击Mesh,弹出Mesh – 3D 对话框
- 更改 of Layers层数为16,Part ID为21,点击 Mesh和OK,。同样拉伸基板和角焊接接头,Part ID分为 22,23
- 关闭Sweep 对话框
Extrude Part 1 to create 3D elements
Extension Surfaces 延伸面
- 更改显示模式为Flat and Wireframe .
- 菜单2D > Sweep (Drag),更改设置为“Smooth Points”(光顺点), “SurfOnly”(仅面) 和 “Vector”(方向矢量). 更改Part ID为12 ,Distance(扫掠距离)为 62
- 选择如下图所示的筋板边界的两节点,中键确定
- 在Vector Definition(方向矢量定义)对话框中,选择 “Global Axis”项,选择 X axis,按OK.
- 按Apply创建新面
- 更改Part ID为 13,Distance为36,选择如下图所示的基板边界的两节点,中键确定
- 在Vector Definition对话框, 选择Z axis,按OK.
- 按Apply 创建新面,关闭对话框。
Create second extension surface (part of the panel)
- 菜单2D > Topo Mesh,选择Part 12和13的面。
- 单元边长Element Size设为2,在Method页,选择“Map”项,Element option为 “Quad”(四边形), 勾除“Auto Seed Adjust” (不自动调整种子点)
- Part12两侧的单元边数为20,Part13两侧的单元边数为12,如下图所示。
- 在Edge 页,Biasing(偏置)类型 Type设为 “Linear”(线性),偏置因子Factor为2
- 点击Bias Edge,选择所有单元边数为20和12的边
- 在靠近热影响区Heat Affected Zone (HAZ)的节点应该更密,远离热影响区的节点更稀疏。若不是这样,可通过反向偏置Flip来达到此目的,如下图所示。
Flip biasing to create concentrated mesh at HAZ
- 点击Create Mesh 和 OK,生成网格。关闭对话框。关闭 Topo Mesh对话框,更改显示模式为 Flat and Wireframe ,最终的网格如下图所示。
Extension – Solid Mesh
- 菜单3D > Sweep (Drag),选择Part 12中的所有单元,中键确定
- 在Vector Definition对话框中,选择 “Global Axis”项,选择 Y axis,按 OK.
- 设置Distance 为 48,按 Mesh 弹出 Mesh – 3D 对话框。
Locate and Extrude Part 12
- No. of Layers层数设为24,Part ID 为23。点击 Mesh和OK拉伸单元
3D Mesh options for Part 12
- 定位到筋板,选择所有单元并确定
- 选择“Global Axis”项,选择 Y axis,按 OK.
- 拉伸距离Distance为48,按 Mesh 弹出 Mesh – 3D 对话框
Locate and Extrude Part 13
- of Layers层数设为24,Part ID为21。点击Mesh和 OK拉伸单元,关闭Sweep – 3D 对话框。
- 按“F”适合窗口显示, 显示模式为Flat and Wireframe,模型如下图显示 。
Redefining Parts 重定义Parts
- 接下来将焊接接头添加材料的各三角形块赋给其自身的part
- 设置对象选择器Entity Selector 为3D Elements by 3D Elements
Entity Selector
- 显示视角设为XZ( ) ,框选一个三角区的所有3D单元
Box-select elements
- 右键,菜单Tools > Add to New Part,将所选的单元从原Part移至新Part中
Add each weld to a new part
- 同样的操作,将另一焊缝材料对于3D单元移至新Part中
- 这一个三角块Part号25。
- 热影响区Heat Affected Zone的单元应该重新分配到包含基板和筋板的Part中
- 对象选择器Entity Selector保持为3D elements, 定位LocatePart 23 ,选择在5mm间隙下的所有单元
- 在所选单元上右键Tools >Change PID.(更改Part ID),更改ID号为27,按OK。
- 对象选择器Entity Selector保持为3D elements,选择在5mm间隙以上的所有单元,更改ID号为26
Check and Clean-up 检查与清理
应花费足够的时间来检查有限元FE模型,因为该模型的任何问题都会导致后续模拟的失败。
2D Surfaces 2D面
- 在视图区右键View > Show All 显示所有,按‘F’适合窗口显示
- 删除2D单元:在浏览器区选择所有2D对象的Part IDs,右键Delete删除
.
- 留下的Parts应该只有Parts 25-27Preparing for Welding Process 焊接工艺的准备
本文由材料人编辑部石头供稿,欢迎加入材料人科研软件交流群 378691315。
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