第６期（总第１６９期） ２０１１年１２月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ０ＭＡＴＩ（）Ｎ Ｎｏ．６ ＤｅｃＩ 文章编号：１６７２—６４１３（２０１１）０６—０００４—０３ ， 基于ＵＧ的焊缝建模和有限元分析技术 王 琦 ，苑成城 ，刘混举。 （１．大同煤矿集团公司，山西 大同０３７００３；２．太原理工大学机械＿Ｔ－程学院，山西 太原０３００２４） 摘要：利用ＵＧ的焊接助理模块和高级仿真模块实现了焊缝的实体建模和有限元分析过程。考虑到焊缝结构 尺寸对焊缝强度的影响，提出了从结构角度出发建立焊缝的有限元模型，利用ＵＧ ＮＸ４的刚性杆单元模拟 焊缝的焊接。并比较了３种尺寸类型的焊缝在两种工况下的应力情况。结果表明，ＵＧ ＮＸ４的刚性杆单元可 以真实地模拟焊缝的焊接；坡口夹角对焊缝强度影响较大，有无钝边对焊缝强度影响较小。 关键词：焊缝建模；刚性杆单元；ＵＧ；有限元 中图分类号：ＴＧ４４１．３：ＴＰ３１ 文献标识码：Ａ ０ 引言 ３ ｍｍ，即焊缝根部间隙。对焊缝实体建模，在焊接 助理中选择对接焊缝，坡口类型选择Ｖ型焊缝，焊 缝上表面为平齐的轮廓，选取焊缝与平板上表面的两 个重合边为起始边和终结边，焊缝边界离起点和终点 目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方式， 国内焊接结构的重量已占钢铁总产量的５Ｏ％以上， 然而焊接结构经常发生断裂事故，其中有一部分是由 于焊缝位置应力过大引起，所以合理地进行应力分析 的位置都为０，采用连续焊接方式，焊接过程不设置 衬垫和定位片，最后生成的６Ｏ。坡口夹角带钝边Ｖ型 是提高焊接件可靠度的必要条件，因此本文提出了利 用ＵＧ的焊接助理模块和高级仿真模块实现焊缝建模 和有限元分析。 １平板的焊缝建模 焊缝实体模型［１ 见图２。 将１００ ｍｍ×１５０ ｍｍ×３０ ｍｍ的两块相同的平 板焊接在一起，采用对接焊接，坡口选用Ｖ形焊缝， 焊缝凹陷深度为２７ ｍｌＴｌ，根部间隙为３ ｍｍ。为便于 对比，按照美国焊接学会标准（ＡＷＳ）建立３种尺 寸的焊缝模型：４Ｏ。坡口夹角无钝边的Ｖ型焊缝、６Ｏ。 坡口夹角无钝边的Ｖ型焊缝和６Ｏ。坡口夹角带钝边 （钝边高３ ｒａｍ）的Ｖ型焊缝，如图１所示。 图２ ６０ 坡口夹角带钝边Ｖ型焊缝的实体模型 ２基于ＵＧ的焊缝有限元分析过程 焊接件的结构强度分析是在ＵＧ高级仿真模块环 境下进行的，该过程主要包括添加材料、网格划分、 设置焊接模拟单元、设置载荷和约束条件及求解。本 文对焊缝的应力分析只考虑焊缝的坡口夹角和有无钝 边对应力结果的影响，假设焊缝不存在任何缺陷［２］。 ２．１ 添加材料与网格划分 （ａ）４０。坡口夹角无钝边（ｂ）６０。坡口夹角无钝边（ｃ）６０。坡口夹角带钝边 焊接构件母体材料均选用２７ＳｉＭｎ，焊缝材料选 用Ｈ∞Ｍｎ￣ＳｉＡ，材料性能见表１。 图１ ３种结构尺寸的Ｖ型焊缝 在ＵＧ ＮＸ４的建模环境下建立焊缝及平板的实 平板焊接件的母材采用３Ｄ网格自由划分方法， 单元类型为Ｃｔｅｔｒａｌ０，即１Ｏ节点三角形单元，全局单 体模型。首先是装配两个平板，使平板之间的间隙为 收稿日期：２Ｏｌ１—０４—１２；修回日期；２０１１—０６—２０ 作者简介：王琦（１９７１一），男，山西朔州人，高级工程师，硕士，多年从事煤矿机电管理工作。
