CN119494169A 一种基于普通壳单元的薄壁壳体焊缝动力学建模方法 （重庆理工大学）

一种基于普通壳单元的薄壁壳体焊缝动力涉及一种基于普通壳单元的薄壁壳体焊缝动力S2：采用网格共节点处理方法来简化CSE的建模缝建模法应用于焊接薄壁壳体进行动力学仿真整。本发明通过引入ISE单元满足非匹配连接界面的网格一致性要求；基于CSE与RE建模方法构建焊缝动力学模型并开展动力学仿真分析和实2S4：将上述步骤S1_S3的普通壳单元焊缝建模法应用于焊接薄壁壳体上进行动力学仿通过HyperMesh的property卡片设置焊缝的厚度属性和material卡片设置焊缝的材料非匹配连接界面会因为网格大小和焊接件尺寸不一致，导致全局壳只有焊接区域两侧的全局壳网格满足网格一致性要求后，使用Hyper界面壳单元是一种具有任意节点数的多边形可变节其中，d＝2/(n_3)表示节点间距相等，当n＝4时界面壳单元3使用界面壳单元代替非匹配连接界面焊接区域两侧的部分全局壳分别采用RE建模法和普通壳单元建模法构建焊接薄壁壳体的有限元模型进行动力学ANSYSWORKBENCH分别对不同方法建立的有限元模型进行模态参数辨识及振型预通过锤击法模态实验获取结构在力锤激励下的动态响应，来获取结构准确的模态参8.如权利要求1_7任一项所述方法在薄壁壳体动力4[0001]本发明涉及焊缝动力学建模技术领域，具体涉及一种基于普通壳单元(common壳单元和实体单元模拟点焊，提出混合结构应力方法对复杂点焊结构进行疲劳评估。Ertugrul等采用多轴低周疲劳分析方法对某点焊试件的进行疲劳分析试验，对比伞梁模[0004]本发明的目的在于提供一种基于普通壳单元(commonshellelement，CSE)的薄壁壳体焊缝动力学建模方法，针对焊缝动力学建模中采用刚性连接单元(rigidelement，RE建模方法构建焊缝动力学模型并开展动力学仿真分析5[0011]S4：将上述CSE焊缝建模法应用于焊接薄壁壳体(weldedthin_walledshell，[0013]进一步的，所述步骤S1具体包括：将WTWS的三维模型导入到HyperMesh中，采用[0015]通过HyperMesh的property卡片设置焊缝的厚度属性和material卡片设置焊缝的[0017]匹配连接界面在焊接区域边缘的网格满足一致性要求，可直接进行共节点处[0018]非匹配连接界面会因为网格大小和焊接件尺寸不一致，导致GSM无法满足网格一[0019]为避免上述工作量增加的问题，可引入特殊壳单元(ISE)来处理焊接区域边缘的两侧的GSM满足网格一致性要求后，使用HyperMesh的replace命令合并CSE和GSM所对应的[0021]ISE是一种具有任意节点数的多边形可变节点壳单元，通过在不匹配网格接口处6[0024]使用ISE代替非匹配连接界面焊接区域两侧的部分GSM。而避免非匹配界面在CSE构建和网格共节点处理[0026]分别采用RE建模法和CSE建模法构建WTWS的有限元模型进行动力学仿真分析。通过模态分析以获得结构的固有频率和模态振型；通过谐响应分析获得结构的频响函数曲ANSYSWORKBENCH分别对不同方法建立的有限元模型进行模态参数辨识及振型预7[0033]在上述焊缝动力学模型构建的基础上。通过HyperMesh的property卡片设置焊缝[0034]本发明针对匹配连接界面，焊接区域两侧的GSM满足网格一致性要求。可通过[0036]ISE是一种具有任意节点数的多边形可变节点壳单元，通过在不匹配网格接口处[0037]采用本发明的CSE建模方法，有限元分析得到的壳体固有频率预测值与实验值更8[0041]图2为不同连接单元模拟焊缝示意图；(a)刚性连接单元(RE)和(b)实体连接单元[0060]如图1所示，两块厚度分别为h1和h2的焊接件在焊接区域通边形壳单元将焊接件的中面离散成GSM，在靠近焊接区域的GSM边缘采用Rigidelement[0062]在焊接区域构建CSE代替连接单元来模拟焊缝，如4(a)、(c)所示。并通过9步细化GSM来保证CSE的网格质量，但直接细化网格会引起建模和计算的工作量较大增加，因此，需在保证建模效率的前提下对网格进行进一步简化来避免低质量网格和较大工作[0066]因此，针对非匹配连接界面，无论是CSE的构建还是网格共节点处理方法均需要GSM满足网格一致性要求，否则会因为网格数或节点数不相等在焊接区域产生畸变壳网格一种具有任意节点数的多边形可变节点壳单元，可提升非匹配连接界面的过渡网格质量。[0069]ISE主要是通过在不匹配网格接口处给出一致的形状函数来连接独立设计的不同网格，来达到改善网格质量的目的。其形状函数可通过移动最小二乘(movingleast针对不同网格尺寸的匹配连接界面还是相同网格尺寸的非匹配连接界面，ISE均可以通过法建立的有限元模型进行模态参数辨识及振型预估分析，获得各自对应振型如图10所示。7Hz，最大值为9.34Hz；对比前10阶最大变形量，同阶最大变形量绝对偏差的平均值为[0085]由频响曲线可知：采用两种不同的焊缝建模方法均能获学性能分析实验。实验采用NI公司(NationalInstruments)的DAQ数据采集系统和NI[0092]正式实验前进行预实验，力锤沿Z方向多次激励结构上同一点，获得多条频响曲[0095](3)激励完成后保存采集的频响函数数据。然后依次改变力锤激励的位置以确保[0101]表3不同焊缝动力学模型加速度幅值预测值与实验值绝对偏差的平均值、标准差对误差的平均值为2.51后8阶的相对误差均小于3.75采用RE建模法的同阶频率相对的情况。采用CSE建模法得到的壳体预测频响曲线总体变化趋势与模态实验得到的实验频证明了采用CSE模拟焊缝进行壳体有限元模型构建和性能分析的可行性；同时相较于RE和其他传统建模法，采用CSE建立的壳体有限元模型动态特性与实际结构特性响应吻合程度[0105]综上所述，本发明提出了一种基于普通壳单元的薄壁壳同材料和厚度属性的连接界面出现低质量网格；采用ISE对非匹配连接界面进行网格一致率预测值与实验值更接近，前10阶相对误差的平均值为2.51后8阶相对误差均小于