【HyperMesh寶典】HyperWorks-connectors-連接元功能介紹 (上)

 

上期｜連接元功能介紹

在劃分部件的有限元網格後，需要創建連接單元或接觸關係以連接零件實現載荷傳遞。Altair HyperWorks中將連接單元統一歸類為Connectors（連接元）。創建統一入口在Connectors這個工具條下。

HyperWorks 中的Connectors 工具條

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►常見的連接關係及其有限元表示形式

 

工程上常見的連接形式有焊點、螺栓、焊縫、膠粘等，若按其真實幾何形狀真實建模，則建模成本巨大，且操作不便。在有限元分析中，通常將這些連接關係簡化，簡化的形式雖繁雜多變，但其最終目的都是為了在滿足分析目的的前提下保證載荷傳遞的準確性，同時盡可能簡化連接。

幾種常見連接的有限元連接形式

 

01 焊點 

對於鈑金件、薄壁件，工程中通常使用焊點進行部件之間的連接。焊點為幾塊鈑金在焊槍處通電產生高溫，使原鈑金母材熔融生成。有限元分析中，通常將焊點按照不同分析目的（對局部應力的重視度）分類簡化處理。

白車身局部焊點

 

 剛性單元（rigid）

剛性單元用RBE2單元模擬部件之間的連接，點對點傳遞載荷。這種方法簡單高效，通常用於研究模型整體狀態，對局部載荷、應力的考核較差。

 

rigid

 剛性單元+周圍連接（rigidlnk）

RBE2單元力的傳遞點較單一，可以添加周圍的點來分散傳遞載荷，該種形式稱為rigidlnk，生成的剛性單元主節點在焊點中心，其餘節點為從節點。

rigidlnk

 cweld 焊點（cweld）

當我們需要連接的位置不在節點位置時，可以使用cweld焊點。它允許單元和單元直接直接在指定位置（而不必尋找附近的節點）創建cweld單元，實現載荷傳遞，通常用於航空建模。

焊點的連接形式

 

允許不直接連接節點

　　　　　　　　　cweld 焊點

 acm焊點（acm(general)）

acm全拼為Area Contact Method，意思是載荷通過接觸面傳遞的焊點，因其網格適應性好且載荷傳遞較準確，常用於白車身鈑金件之間的連接。

acm焊點的實質是在焊核處創建了一個六面體，在六面體的角點處伸出RBE3單元連接上下兩個部件，實現載荷傳遞。

acm（general）焊點

 acm（多六面體）焊點（acm(general)+4hexa）

在acm焊點的選項中，還可以選擇六面體的生成類型，當控制生成多個六面體時，就能更好地接近焊點的圓柱形狀。HyperWorks 中可選擇生成1、4、8、16、32個六面體。

焊點的連接形式

 

允許不直接連接節點

　　　　　　　　　acm（general）焊點

 hexa nugget

不同於acm焊點通過RBE3單元分散載荷至周圍節點上，hexa nugget焊點通過對熱影響區重畫網格，更加準確地反映熱影響區的應力情況。

hexa nugget焊點的焊核形式為六面體，六面體上下表面的節點和上下部件的網格面之間將自動創建接觸（類型為綁定tie），用於傳遞載荷。

焊點的連接形式

自動生成點-面的tie接觸

　　　　　　　　　　　cweld 焊點

 FEMFAT 焊點（FEMFAT）

FEMFAT焊點常用於鈑金疲勞耐久性分析。HyperWorks 2021.1之後的版本中支持生成該焊點形式。

該焊點對連接部件的熱影響區（HAZ）進行網格重畫，以更好地獲得網格的局部應力，此外其焊核使用一個Cbar單元，賦予截面和屬性後用於模擬焊核的直徑。因該方法需要網格重畫，容易因周圍網格的局限導致生成失敗。

焊點的連接形式

自動重畫網格

　　　　　　FEMFAT 焊點

 自定義焊點類型（以rbe3-cbar-rbe3為例）

除了HyperWorks內置的焊點類型之外，我們還可以添加自定義的焊點類型。比如rbe3-cbar-rbe3的連接關係默認在HyperWorks是沒有的，我們可以手動創建。

rbe3-cbar-rbe3焊點形式

我們編輯C:Program FilesAltair2021.2hwdesktop hminwin64feconfig.cfg文件，在其中添加一段（可以防止在rbe3-celas-rbe3的配置段之後，見下圖）。

自定義焊點類型（rbe3-cbar-rbe3）

保存文件後，重啟HyperWorks，打開Connectors-Controls，新建焊點control，在焊點類型中可以看到新增了該類型。

rbe3-cbar-rbe3

 

02 焊縫 

當部件之間沒有貼合的法蘭面連接導致無法焊點連接，或者對強度要求較高時，通常會採用焊縫連接，參考下圖。在有限元分析中，也會將焊縫進行簡化處理。

焊縫連接

 自定義焊點類型（以rbe3-cbar-rbe3為例）

將兩部件的邊界直接通過剛性單元連接。

剛性單元焊縫

 四邊形單元焊縫

顧名思義，通過生成四邊形單元，模擬焊縫的載荷傳遞。

四邊形單元焊縫

 五面體單元焊縫

使用五面體單元模擬焊縫，載荷傳遞更加真實可靠。五面體單元的節點伸出RBE3單元，連接周圍部件。

五面體單元焊縫連接

 rbe3-cbar-rbe3類型的焊縫

除了上述類型外，還可以使用rbe3-cbar-rbe3 類型創建焊縫，該類型相對五面體單元焊縫來說，網格適應性更好；相對四邊形及rbe2 類型來說，載荷傳遞更加真實。該焊縫的創建過程可以將在下期進行介紹。

rbe3-cbar-rbe3 類型的焊縫效果

 

03 螺栓 

 Bolt (Spider) – 僅RBE2 單元，不連接washer 節點 

適合簡單建模，模擬螺栓緊固連接。

螺栓建模Bolt (Spider)

 Clip – 僅RBE2 單元，並連接washer 節點

RBE2單元同時連接washer層節點，更好傳遞載荷。

螺栓建模Clip

 Bolt (General) – 有RBE2 螺柱，不連接washer 節點

為了更好地模擬螺栓結構，在螺母和螺帽位置創建了RBE2剛性連接，並通過中間一根RBE2單元模擬螺柱。該RBE2單元可用於施加預緊力。

螺栓建模Bolt (General)

 Bolt (Washer2) – 有RBE2 螺柱，連接washer 節點 

在Bolt (General)的基礎上，頭尾的RBE2單元增加連接一層washer節點。螺柱單元可用於施加預緊力。

螺栓建模Bolt (Washer2)

 Bolt (Cbar) – 有Cbar 螺柱，不連接washer 節點

因RBE2單元過於剛性，為了模擬螺柱直徑，將螺柱通過Cbar單元建模並賦予材料、橫截面信息。螺柱單元可用於施加預緊力。

螺栓建模Bolt (Cbar)

 Bolt (Washer1) Cbar – 有Cbar 螺柱，連接washer 節點

在Bolt (Cbar)的基礎上，再抓取一層washer節點，用於更好地傳遞載荷。螺柱單元可用於施加預緊力。

螺栓建模Bolt (Washer1) Cbar

 

04 粘膠 

常見的膠粘連接信息有玻璃膠，車身上的結構膠及減震膠等。

玻璃膠

 Adhesive粘膠

adhesive 粘膠創建六面體單元，並伸出RBE3 單元，連接上下部件的節點。六面體單元的屬性中，可以按照粘膠的類型（如玻璃膠、減震膠等）賦予不同的彈性模量。

Adhesive粘膠

 

05 不同學科推薦的建模方法  

下表總結了不同學科下常見的連接關係建模方法。

 

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