【Ansa软件入门】点焊、螺栓、焊缝创建总结

在有限元分析 中，装配指的是将各个部件之间建立一种连接关系，除了接触以外。用来模拟工程中的点焊、缝焊、粘胶 、螺栓等连接，在汽车行业具有广泛的应用。

创建装配连接的方法有两种：

1. 用一维、二维、三维的刚性/弹性单元直接创建
2. 使用ANSA 的连接管理器 直接创建，软件按照用户的指定自动创建连接，其本质仍然是使用一维、二维、三维的刚性和/或弹性单元

工程上通常将这两种方法结合使用，本课程重点介绍连接管理器。

1. 连接术语

Connection Entity∶用于表征连接的位置和部件的点、线和面，可用来生成连接。包括spot weld points，gumdrops， bolt s， spot weld lines，adhesive lines， seam lines, hemmings and adhesive faces。

2. Connection manager介绍

1. Step1：创建焊点 /粘胶/焊缝 connector
   在进入Connection manager之前，我们需要先创建焊点、或粘胶、或焊缝等。
   点击Connection manager，弹窗下图窗口，鼠标左键选择焊点/粘胶/焊缝标识，然后中键确认，进入Connection Manager管理器界面：
   

1. Step2：检查连接列表
   

Connection Manager窗口被分为3个区域。
顶部区域：显示出焊点中所包含的部件及其性能
下部区域：为焊点列表
右边区域：为焊点的FE表达参数设置区域。
注意，在很多情况下顶部区域所识别出来的部件是错误的，需要右键点击错误部件，并点击Remove from connections,从列表中删除它，然后选中所有焊点，设置第二列“D”的值，然后右键->Connectivity->Auto-Connect…在弹出的窗口中点击ok，ANSA会自动识别焊点中所包含的部件，如果识别还是错误，那么就需要手动选择需要焊接的部件了，这里不再赘述。
使用Functions>Center功能将焊点移动到两个部件之间。

使用Functions>Auto-Connection功能增加连接部件，点击OK确定。

在Vilsibility工具栏选择可见性为Connectivity Num，不同颜色的焊点代表具有不同的连接部件数。

1. Step3：设置连接属性

接下来需要点击右上角的

图标，会出现FE Rep.Settings 界面。将FE Rep Type设置为RBE3-HEXA-RBE3，设置Search Dist，然后在PSOLID ID栏输入问号（注意输入法要在英文状态），这时弹出PID设置窗口，新建一个Pid，双击确认。最后点击Realize，我们会看到status栏显示ok，这就说明已经连接成功了。

3. 点焊（spot）

(1)常规分析点焊

通常点焊处理方式与螺栓的类似；用CONNECTOR建立，并包含焊接各层信息；焊接边保证至少三排单元。

(2)疲劳焊点

如果对于焊接区域，包括焊点、焊缝在内，较为关心，就要考虑建立疲劳焊点与焊缝模型。Nastran 中建立疲劳焊点流程如下：

1、用CONNECTOR建立，并包含焊接各层信息；焊接边（翻边直角边）保证三排单元（不含倒角单元）。即，以焊点为中心周围保证有3*3的单元矩阵，单元大小在5mm左右，不同焊接层数的焊点对应放在不同

的COMP中。

2、采用rbe3-bar2-rbe3 的焊点类型。

3、焊点属性采用pbar，焊点直径根据实际工艺情况确定，一般为6mm。

3.1 点焊生成方法

方法1：通过xml文件∶该文件记录了这些点线面的几何信息，例如半径、长度高度，连接类型以及相连的部件。

方法2：连接管理器创建焊点

方法3：通过转化（convert），将3D point，curves等转化成焊点，缝焊等。

3.2 RBE3-HEXA-RBE3方式焊点生成操作步骤

Step1：file→ input connections →XML→ 选择焊点XML格式的文件打开，如下图所示：

Step2： assembly→ connections manager→ 框选所有零件→ 按中键确认

Step3：按下图设置点焊类型、属性→ realize

Step4：只显示失败的焊点→ 重新打开connections manager → 将失败的焊点重新添加→ connectivity→auto-connect→输入探测距离5mm，采用PID方式 → 重新realize

Step5：对于仍然未连接成功的焊点，检查焊点所在位置的层数，位置是否正确，手工处理。

3.3 Bar方式焊点生成方法操作步骤

和RBE3-HEXA-RBE3方式焊点生成操作步骤类似，区别如下：

1. 单元类型更改为CBAR
2. 创建PBAR属性

创建的bar形式的焊点如下图：

勾选four quads around projection point后，该方法对自动将上下壳的节点对齐，并且修改附近网格，需要重新查看网格单元质量。

3.4 焊点显示方法

如下图设置显示方法为 status时，生成成功的焊点为绿色，失败的焊点为青色，可以鼠标右键单独选择成功的焊点或者失败的焊点。

只显示失败的焊点如下图：

3.5 从连接单元吸出connector的方法

类似hypermesh里的FE absorb功能，很多模型在点焊、焊缝和粘胶创建完成后删除了connector，后面需要再使用connector时，可以用下面的方法提取：

Assembly → convert → FE to cnctn pts：

4. 螺栓连接（bolt）

4.1 1D螺栓

螺栓连接的模拟中主要有采用梁单元模拟、忽略螺栓将连接模型作为整体、耦合节点等方法，主要有以下思路：

方法一：用于只考虑连接被连接的零件或总成，不考虑螺栓本身的影响时，用一对多的刚杆单元将孔中心节点与孔第一、二层节点相连。（模态、刚度等分析）

方法二：用杆或梁单元连接上下层孔中心节点，用于要考虑螺栓本身的影响，此时螺栓用杆单元表示，用刚杆单元将孔中心节点与孔第一、二层节点相连。（强度、疲劳等分析）。

1. 工具栏螺栓创建方法

Assembly→ bolt：

Step1：如下图设置螺栓的节点选择方式、连接形式。

Step2：选择第一个孔的周围节点→ 中键确认

Step3：继续选择第二个孔的周围节点→ 中键确认→ 弹出下图bolt properties 属性框

Step4：光标点击PID输入框→ shift+? 进入BEAM属性管理器→创建一个beam梁属性

Step5：完成Bolts Properties设置→ 点击OK确认→ 弹出part管理器→ 新建一个part分配给螺栓连接单元。

4.2 3D实体螺栓

建立实体螺栓操作步骤前两部与方法2相同，仅第3步不同。

5. rbe2

工程中对于单层孔、多层孔经常需要用rbe2将孔的周围节点抓起来，尤其是安装孔刚度分析、做TB模型质量配重时，如下图。

方法：assembly→ bolt：

方法2：deck→ elements →rbe2（nastran模板下，abaqus模板下叫COUPLING）→ many nodes→ 选择节点，再自动生成主节点抓起来。

该方法对于washer孔选择不友好，washer孔外圈需要手动选择节点，推荐使用方法1。

6. 壳单元焊缝

缝焊处理时应注意：

• 要求网格匹配。
• 对于激光焊，连接单元必须保证与平面垂直，如图4.1所示。
• shell单元与solid单元连接时须有重叠部分。

6.1焊缝线定义

1. 方法1
   Step1： 在topo→curves →根据各个命令生成curve
   Step2：assembly→ convert→ curves→ 鼠标左键选择curve，类型为seam line→ok
   

该方法生成的seamline不包含part信息，需要在connector管理器中检测连接的part，然后再生成焊缝。

1. 方法2
   assembly→ define connection→ manual → 根据PID定义→ 选择面→ 中键确认→ 根据下图生成seamline。
   

通过该方法创建的seamline已经包含了PID，在connector管理器中不需要再对焊缝检测连接的part，可以直接realize生成焊缝。

6.2 Femfat疲劳专用搭接焊缝

Step1：定义焊缝线
Step2：connection管理器定义
该案例是搭接焊缝，因此焊缝类型： OVERLAP_FEMFAT
热影响区域（heat affected zones）宽度：zone width根据实际情况输入宽度值。

如下图所示的焊缝周围三种不同颜色的单元即为热影响区域，软件自动生成mat451/453/455三种材料，用于疲劳计算。

6.3 Femfat疲劳专用T型焊缝

和femfat疲劳专用搭接焊缝类同，FE类型为Y-JOINT-FEMFAT。

6.4壳单元焊缝创建操作技巧

壳单元焊缝一般要求需要节点对齐，焊缝单元是四边形单元，且与焊缝相邻的网格没有三角形单元。

1. 方法1：fill+reconstruct+smooth命令
   Step1：mesh→ shell mesh →fill →manual → method选择draft，如下图：
   

Step2：用recongstruct命令重构网格

Step3：smooth命令光顺网格，但要注意 smooth over perimeters选项

1. 方法2：zone cut

将选中的线上的节点两边的单元变成四边形单元

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