CN111737904B - 一种薄板伞梁点焊有限元模型的建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄板伞梁点焊有限元模型的建模方法，包括以下步骤：A.1、识别第二薄板上距离第一薄板上的点焊节点集合S1距离最近的节点并创建点焊节点集合S2；A.2、确定每个点焊的点焊半径和模拟每个点焊所用梁单元的材料属性；A.3、将点焊节点集合S2中节点移动到与点焊节点集合S1中节点相对应的位置；A.4、建立伞状梁结构；A.5、建立壳单元与梁单元过度面，生成相应的壳单元；A.6、根据每个点焊所用梁单元的材料属性，连接点焊节点集合S1和S2中对应节点，生成梁单元，完成建模。本发明的有益技术效果是：1、简化操作者的建模步骤，降低工作者工作强度；2、点焊有限元模型自动生成，提高建模效率，缩短建模时间，尤其是含有大量点焊的模型。

Description

一种薄板伞梁点焊有限元模型的建模方法
技术领域
本发明属于仿真技术领域，具体涉及一种薄板伞梁点焊有限元模型的建模方法。
背景技术
点焊结构具有质量轻、静强度高、可靠性好、性能稳定和易实现自动化等优点，在汽车工业和轨道交通行业中广泛采用，是车身结构大量金属板件之间的主要连接形式。
有限元模拟计算已成为研究复杂结构的有效方法，在对车体结构进行有限元分析时，通常需要对点焊模型进行简化处理，但是点焊数量庞大，在选择用哪种方法模拟点焊时，需综合考虑计算精度和建模效率等因素。
常用的点焊有限元模拟方法有：单梁点焊模型、多刚性梁点焊模型、伞梁点焊模型、实体点焊模型、ACM2点焊模型、CWELD点焊模型等。这几种模型建模效率差异较大，在工程中选用哪种模型来处理点焊，除了考虑计算精度外，还需考虑建模时间。其中伞梁点焊模型虽然计算精度高，但是建模过程复杂，效率低，限制了它在实际模拟中的应用，尤其是复杂的钣金结构，点焊数量庞大，将所有点焊都建成伞梁形式，会耗费大量的人力物力，并且点焊结构建模这种重复性的操作会使工程师感到乏味和枯燥，容易产生疲劳感。
发明内容
本发明要解决目前伞梁点焊有限元模型需要操作者逐个建立的、效率低，不适用于大量点焊情况的技术问题，提供了一种薄板伞梁点焊有限元模型的仿真方法，简化了操作者的建模步骤，实现了伞状点焊模型自动生成，提升了建模效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种薄板伞梁点焊有限元模型的仿真方法，基于ANSYS软件，采用壳单元模拟，包括以下步骤：
A.1、识别第二薄板上距离第一薄板上的点焊节点集合S1距离最近的节点并创建点焊节点集合S2；
A.2、根据点焊节点集合S1和S2所在单元的材料属性，确定每个点焊的点焊半径和模拟每个点焊所用梁单元的材料属性；
A.3、删除点焊节点集合S1和S2附近的单元和相应的节点，然后将点焊节点集合S2中节点移动到与点焊节点集合S1中节点相对应的位置；
A.4、根据每个点焊的点焊半径，在点焊节点集合S1和S2中的节点周围建立伞状梁结构；
A.5、建立壳单元与梁单元过度面，生成相应的壳单元；
A.6、根据每个点焊所用梁单元的材料属性，连接点焊节点集合S1和S2中对应节点，生成梁单元，完成建模。
本发明的有益技术效果是：1、简化操作者的建模步骤，降低工作者工作强度；2、点焊有限元模型自动生成，提高建模效率，缩短建模时间，尤其是含有大量点焊的模型；3、根据板厚、材质等信息，自动生成合适的点焊有限元模型，操作简单，降低错误率。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明薄板伞梁点焊有限元模型的仿真方法中调用程序的流程图；
图2是本发明薄板伞梁点焊有限元模型的仿真方法中建立仿真模型的流程图；
图3是本发明中第一薄板和第二薄板的装配示意图；
图4是本发明中在第一薄板上建立点焊节点集合后的模型示意图；
图5是本发明中第一薄板和第二薄板在删除集合后的模型示意图；
图6是本发明中在第一薄板和第二薄板上建立伞状梁结构后的模型示意图；
图7是本发明中在第一薄板和第二薄板上生成壳单元后的模型示意图；
图8是本发明中在第一薄板和第二薄板上连接点焊节点集合上对应点后的模型示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种薄板伞梁点焊有限元模型的仿真方法，基于ANSYS软件，采用壳单元模拟。
本发明的方法包括以下步骤。
A.1、识别第二薄板上距离第一薄板上的点焊节点集合S1距离最近的节点并创建点焊节点集合S2；
A.2、根据点焊节点集合S1和S2所在单元的材料属性，确定每个点焊的点焊半径和模拟每个点焊所用梁单元的材料属性；
A.3、删除点焊节点集合S1和S2附近的单元和相应的节点，然后将点焊节点集合S2中节点移动到与点焊节点集合S1中节点相对应的位置；
A.4、根据每个点焊的点焊半径，在点焊节点集合S1和S2中的节点周围建立伞状梁结构；
A.5、建立壳单元与梁单元过度面，生成相应的壳单元；
A.6、根据每个点焊所用梁单元的材料属性，连接点焊节点集合S1和S2中对应节点，生成梁单元，完成建模。
详细地，参见附图2，A.1、输入第一薄板上的点焊节点集合S1，软件自动识别第二薄板上距离点焊节点集合S1距离最近的节点并创建点焊节点集合S2，如图4所示。
A.2、根据点焊节点集合S1和S2所在单元的材料属性，确定每个点焊的点焊半径和模拟每个点焊所用梁单元的材料属性。
工程中通常以壳单元来模拟薄板，因此本实施例以壳单元为例进行介绍。在编写自动生成伞梁单元程序之前，首先建立点焊半径数据库Welding_R和模拟点焊用梁单元数据库Material_B，实现点焊半径和梁单元材料属性的自动提取。不同厚度和材质的薄板对应不同的点焊半径和梁单元材料属性，数据库可根据两个被点焊薄板的材料属性自动匹配合适的点焊半径和梁单元属性。
详细地，读取节点集合S1、S2所在单元的材料属性并输出，将输出的材料属性文件分别命名为M1、M2；根据文件M1、M2中板厚、材质信息，读取点焊半径数据库Welding_R，确定每个点焊的点焊半径，并输出点焊半径文件R1；根据文件M1、M2中板厚、材质信息，读取点焊梁单元数据库Material_B，确定模拟每个点焊所用梁单元的材料属性，并输出材料属性文件M3。
A.3、删除点焊节点集合S1和S2中点焊节点附近（点焊半径的2-3倍）的单元和节点，然后将点焊节点集合S2中节点移动到与点焊节点集合S1中节点相对应的位置，如图5所示。
A.4、读取文件R1，根据每个点焊的点焊半径，在点焊节点集合S1和S2中的节点周围建立伞状梁结构，如图6所示。
A.5、建立壳单元与梁单元过度面并读取材料属性文件M1、M2，生成相应的壳单元，如图7所示；
A.6、如图8所示，读取文件M3，根据每个点焊所用梁单元的材料属性，连接点焊节点集合S1和S2中对应节点，生成梁单元，完成建模。
得到上述的模型后，具体使用时，参见附图1，包括以下步骤：
B.1、建立第一薄板和第二薄板的有限元模型并进行装配，如图3所示。
B.2、在第一薄板上选择需要点焊的节点并存储为点焊节点集合S1，如图4所示。
B.3、调用伞梁点焊模型自动生成程序，完成伞状点焊有限元模型的建立。
通过本发明的方法，可以达到如下效果：
1）、两个面上的点焊节点不需要一一对应，只需选择一个面上的节点，便可自动将对应面上的节点移动到相应位置，并用梁单元将节点链接起来；
2）、只需要将所以要建立点焊有限元模型的节点选出来，调用程序，就可以自动生成所有点焊有限元模型；
3）、建立梁单元材料属性数据库，自动识别薄板材料属性（薄板材质、厚度等对应不同的点焊半径，和不同的梁单元属性），可以实现自动识别和选择合适的梁单元材料属性，降低了错误率；
4）、与常规建模方法相比，简化了操作者的建模步骤，实现了伞状点焊模型自动生成，提升了建模效率。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (1)

1.一种薄板伞梁点焊有限元模型的建模方法，基于ANSYS软件，采用壳单元模拟，其特征在于，包括以下步骤：
A.1、输入第一薄板上的点焊节点集合S1，软件自动识别第二薄板上距离点焊节点集合S1距离最近的节点并创建点焊节点集合S2；
A.2、根据点焊节点集合S1和S2所在单元的材料属性，确定每个点焊的点焊半径和模拟每个点焊所用梁单元的材料属性；
首先建立点焊半径数据库Welding_R和模拟点焊用梁单元数据库Material_B，实现点焊半径和梁单元材料属性的自动提取；然后读取节点集合S1、S2所在单元的材料属性并输出，将输出的材料属性文件分别命名为M1、M2；根据文件M1、M2中板厚、材质信息，读取点焊半径数据库Welding_R，确定每个点焊的点焊半径，并输出点焊半径文件R1；根据文件M1、M2中板厚、材质信息，读取点焊梁单元数据库Material_B，确定模拟每个点焊所用梁单元的材料属性并输出材料属性文件M3；
A.3、删除点焊节点集合S1和S2中点焊节点附近的单元和节点，然后将点焊节点集合S2中节点移动到与点焊节点集合S1中节点相对应的位置；
A.4、读取文件R1，根据每个点焊的点焊半径，在点焊节点集合S1和S2中的节点周围建立伞状梁结构；
A.5、建立壳单元与梁单元过度面并读取材料属性文件M1、M2，生成相应的壳单元；
A.6、读取文件M3，根据每个点焊所用梁单元的材料属性，连接点焊节点集合S1和S2中对应节点，生成梁单元，完成建模。
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