ACM体单元焊点疲劳案例详解

1、背景介绍

本案例将详细展示如何在nCode疲劳软件中计算ACM体单元焊点疲劳寿命的全过程。ACM体单元为中间一个六面体单元，上下通过RBE3单元与薄板连接。

nCode的焊点疲劳，是在Nastran软件基础上，采用Cbar单元连接两块薄板模拟焊点，通过提取Cbar单元的力和力矩，及焊点周围的shell单元的结构应力，通过给定焊核的SN曲线进行计算其疲劳寿命。

但是采用cbar单元模拟焊点，对建模要求比较高，主要表现在：

1）cbar单元需要与薄板相互垂直，这样就会导致薄板单元的节点需要人为控制以保证与垂直的cbar一一对应，这在大型模型中几乎很难实现。

2）cbar单元需要有足够的刚度，以保证结果对刚度不敏感；

因此，特别是基于第1条，越来越多的模型中采用节点不用一一对应的ACM体单元来模拟焊点。ACM体单元是一种面域连接单元，为Nastran、Optistruct等有限元软件特有的单元类型，本例通过完整的过程，演示ACM体单元焊点的疲劳计算步骤。所涉及软件为：

Hypermesh：建立有限元模型

Nastran：进行静力计算

nCode：进行焊点疲劳计算

2、   ACM体单元焊点前处理

选用hm的Nastran或optistruct面板进行前处理设置（二者在该问题上设置一致）。在hm中建立两个平板组，分别命名为shell-1，shell-2，任意划分网格，赋予材料属性和厚度属性。

创建ACM体单元。使用spot功能创建ACM体单元，具体步骤为：1D-connector-spot：

1）location处，根据需要选择ACM体单元焊点位置，一般用node

2）connect what 处，comp选择焊点连接的两个组件，本例为shell-1和shell-2；tolerance为连接容差，需设置为大于等于上下平板的间隙，但是不能大太多，以免误连接。本例板间距1mm，容差设置1mm即可。

3）type处选择ACM体单元的创建形式，推荐选用ACM（equivalence-（T1+T2）/2）；

4）diameter为ACM体单元直径，焊核六面体单元大小，可根据实际焊点大小或者企业数据设置。

如图所示，创建4个ACM体单元。

软件会自动生成两个comp，分别放置ACM单元的六面体实体单元和rbe3单元。其中rbe3组不用赋予任何属性，solid组按照常规方式赋予材料和psolid属性即可。

创建载荷步，常规创建，本例载荷工况如下：

定义卡片，按照需要定义所需卡片，SOL设置为静力分析

PARAM定义结果文件格式为op2

Output request中需要特别注意，额外定义节点力(GPFORCE)的输出。

提交Nastran进行计算，生成op2文件。

3、nCode中焊点疲劳计算过程

打开ncode，创建图示的工作流程FEinput+SpotweldAnalysis+FEdisplay。

FEinput勾选display选项，载入op2文件，可以通过属性查看到op2文件中的组件信息，可以看到上下板的组和ACM体单元的组。确认后退出FEinput。

在Spot weld下右键，进入Edit Material面板，

通过中部黑框的三个命令，将sheet和nugget材料赋予在对应位置。完成后点击ok退出。此处选用的是ncode材料库中自带的材料属性，由于是焊点分析模块，且只有一个ACM体单元焊点组，因此可以直接在Default处赋予材料属性即可，如有多个不同性质的ACM体单元焊点组，可分别赋予材料。

右键spot weld模块，进入Edit Load Mapping，进入载荷定义面板。

本例定义为正负1的恒幅循环。在Loading type处选择Constant Amplitude，完成后点击ok退出。

其他设置保持不变，点击VCR计算命令，在FE display命令下即可查看ACM体单元焊点寿命结果。