设计仿真 | 考虑加工工艺过程的结构强度解决方案

考虑加工工艺过程中

的结构强度解决方案

在零件实际生产之前，虚拟仿真验证已经成为不可或缺的重要一环。传统有限元分析流程，一般只关注设计状态的性能验证，而忽略了加工制造过程中的工艺参数对结果影响。比如研究焊接工艺就只做焊接仿真分析、研究结构强度等就做结构分析等，而将焊接分析与结构分析结合起来做链式分析的情况比较少见。

事实上，在完成结构件的加工之后，其结构本身就存在变形、残余应力等情况，如果在后续的结构仿真中不考虑加工过程的影响，则会导致仿真结果不准确，为设计带来隐患。

海克斯康工艺结构解决方案介绍

针对上面存在的问题，海克斯康工业软件专门定制开发考虑工艺--结构的一体化解决方案。其基本解决技术路线如下：

1    

通过Simufact进行工艺仿真，在工艺仿真过程中考虑加工工艺参数、材料相变等产生的残余应力、应变、表面硬度和相组织分布；

2    

将Simufact的结果无缝导入到Marc中进行后续的结构强度计算，可以导入的变量有：

■ 整体应力、应变、塑性应变、温度场等信息

■ 金属相变参数及相关信息 

■ 各个部件之间的接触状态

■ 其他与相关的状态变量等

3    

后续在强度分析的基础上，还可以进行部件的疲劳寿命分析。

一体化工艺结构解决方案案例                    

本章节，我们通过对重工行业某部件进行焊接—强度链式分析，为大家介绍考虑海克斯康工艺结构解决方案。

首先，在焊接软件Simufact Welding中完成焊接工艺分析。在焊接模型中，定义了焊接相关的工艺参数。如：焊接工装、焊枪的参数、焊接轨迹、焊接功率等。为了更加准确的获取焊缝的残余应力，还考虑了材料的相变特性和流变曲线等。焊接部件的模型及材料参数如下图所示。

焊接部件

材料参数

经过仿真分析，我们可以得到变形、应力、应变、相变、硬度、T8/5冷却速率等结果，如下图所示。

其次，在完成焊接分析后将对应的焊接模型无缝导入到Marc软件中，可以发现相应的接触特性，材料特性都可以从Simufact的计算文件中直接导入，在Marc中只需要定义后续的载荷边界条件和用于状态导入的初始边界条件映射。如下图所示：

初始状态映射定义界面

在新的通用映射功能里，大部分的参数都已经默认传递，不需要用户进行额外的设置；用户可以根据需求选择是否要传递位移、温度场和接触状态。部分参数传递结果如下图所示：

在完成映射后，我们就可以对结构强度进行计算，考虑残余应力和不考虑残余应力的对比如下所示：

从应力结果分布可以看到，考虑工艺过程和不考虑工艺过程，对应力的影响较大，尤其焊缝位置。这也就解释了为什么在设计中部件不存在失效风险，而在实际的使用工况下却会发生部件失效。加工工艺对部件性能的影响在部分情况下是不可以忽略的。

小 结                       1    在部分和制造强相关的过程中，工艺对部件性能的影响是不可以忽略的。

2    采用海克斯康工业软件的工艺--结构的一体化解决方案，可以较好的考虑加工工艺对部件结构强度的影响。

3    在考虑焊接工艺影响并获得应力分布的前提下，可以对部件的疲劳寿命进行预测，但需要根据材料相组织的分布进行区域分割和材料疲劳参数的定义。                                        

（海克斯康工业软件）

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