S20-1 PAT318, Section 20, March 2002 РАЗДЕЛ 20 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКОЙ

S20-2 PAT318, Section 20, March 2002

S20-3 PAT318, Section 20, March 2002 МОТИВАЦИЯ n Около 50% всех задач усталости материалов в автомобильной промышленности связаны с анализом точечной сварки n Стоимость работ связанных только с одной точечной сваркой на автоматизированной промышленной линии может превышать $30,000 n Внесение поздних доработок может привести к удорожанию этих работ вдвое n Независимо от вида конструкции, качество выполнения точечной сварки напрямую влияет на качество всей конструкции

S20-4 PAT318, Section 20, March 2002 СЛОЖИВШАЯСЯ ПРАКТИКА n Все больше растет необходимость в автомобильной промышленности уменьшения затрат времени на разработку новых изделий. Уменьшение числа прототипов означает необходимость применения в большем объеме систем инженерного анализа. n Сегодня не существует универсальных инструментов для прогнозирования долговечности точечной сварки n Решение о количестве сварных точек, их расположении и размере обычно принимается на основе: u Решения проектирующего инженера, которое он принимает, исходя из уровня напряжений и опыта (сварные точки часто вообще не моделируются) u Решения технолога, которое он принимает из соображений существующей технологической базы и экономических критериев

S20-5 PAT318, Section 20, March 2002 МЕТОД НА ОСНОВЕ СТРУКТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ n Для моделирования сварных точек при помощи жестких балок достаточна грубая КЭ сетка n Балки используются для определения передаваемых сил и моментов и через место сварки n Усилия и моменты используются для расчета «структурных напряжений» n Долговечность рассчитывается на основе применения правила Майнера n Метод в общем случае применим для применения в анализе сложного многоосного нагружения Балочный элемент ( Rupp - Storzel - Grubisic )

S20-6 PAT318, Section 20, March 2002 АВТОМОБИЛЬНАЯ ДЕТАЛЬ СО СВАРНЫМИ ТОЧКАМИ

S20-7 PAT318, Section 20, March 2002 КАК МОДЕЛИРОВАТЬ ТОЧЕЧНУЮ СВАРКУ? Блок-схема (5 блоков) Оптимизация и испытания Нагружение (история по времени) Материал (S-N кривая для сварки) Геометрия (балочные элементы) Усталостный анализ (Spot Weld Analyzer) Постпроцессинг

S20-8 PAT318, Section 20, March 2002 ИСТОРИЯ НАГРУЖЕНИЯ

S20-9 PAT318, Section 20, March 2002 РАСЧЕТ СТРУКТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Структурные напряжения вычисляются на основе сил и моментов в каждом балочном элементе: Лист 2 Область сварной точки Лист 1 Fz Mx Fx Fy My Fy Fx Mx Fz Mx Fx Fy My

S20-10 PAT318, Section 20, March 2002 Напряжения в листе : s d n Аналогчиные уравнения для напряжений в сварной точке n Применяемые коэффициенты корректируют размерный фактор r xy F ds,max, r z F s r xy M ds,max, РАСЧЕТ СТРУКТУРНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

S20-11 PAT318, Section 20, March 2002 ТИПИЧНЫЙ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

S20-12 PAT318, Section 20, March 2002 ТИПИЧНЫЕ КРИВЫЕ УСТАЛОСТИ (S-N КРИВЫЕ)

S20-13 PAT318, Section 20, March 2002 ПРОЦЕДУРА ПОДСЧЕТА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ n Напряжения и усталостные повреждения рассчитываются вокруг каждой сварной точки с интервалом 10 градусов как для самой сварной точки для и для соединяемых деталей n Изменение напряжений в точке считается так: где k = номер расчетного случая статического, или переходного процесса. n Долговечность вычисляется при помощи линейного суммирования повреждаемости (правила Майнера) ()()t P Pt k k k

S20-14 PAT318, Section 20, March 2002 ОПЦИИ ПОСТПРОЦЕССИНГА РЕЗУЛЬТАТОВ n Листинг файлов результатов: долговечность, повреждаемость, расположение трещины и т.д. n Использование средств MSC.Patran (Insight) n Полярные графики повреждаемости n Возможность проведения оптимизации

S20-15 PAT318, Section 20, March 2002 РЕЗУЛЬТАТ УСТАЛОСТНОГО АНАЛИЗА

S20-16 PAT318, Section 20, March 2002 ПОЛЯРНЫЙ ГРАФИК ПОВРЕЖДАЕМОСТИ

S20-17 PAT318, Section 20, March 2002 ПРИМЕР: АНАЛИЗ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ Проведите анализ сварных точек. На входе – несколько историй нагружения.

S20-18 PAT318, Section 20, March 2002 УСТАНОВКА ПАРАМЕТРОВ РЕШЕНИЯ

S20-19 PAT318, Section 20, March 2002 ВВОД ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА

S20-20 PAT318, Section 20, March 2002 ВВОД ИНФОРМАЦИИ О НАГРУЖЕНИИ

S20-21 PAT318, Section 20, March 2002

S20-22 PAT318, Section 20, March 2002 УПРАЖНЕНИЕ n Выполните упражнение из главы 12 книги Quick Start Guide -A Spot Weld Analysis n Еслти что-либо не понятно – не стесняйтесь спрашивать.