FEA Model Generation有限元模型的构建

• 尺寸：该有限元模型由6mm厚的基板panel和3mm厚的筋板bar及其间的一道圆角焊接接头组成，基板和筋板在焊前有5mm的间隙。
• 材料：S355J2G3

T型接头弧焊：速度（V=33.310mm/sec),能量/单位长度(Energy/Unit length):280J/mm

Final FEA model

Basic 2D Surface Creation基础2D面的创建

• 在Visual-MESH 7.5中新建文档File>New
• 在Views工具条上选择X-Z面以在此面上创建基础面。（若在工具条上无此按钮，则点击Views工具条右端的下拉按钮，勾选上相应按钮，则其会显示在工具条上，去除勾选则不显示）
• 菜单Node > By XYZ, Locate… [或按F8]（输入坐标创建节点）.
• Method为XYZ, 在原点处（0,0,0）创建节点，StartID为1 (即节点起始ID编号为1，后续节点ID会自动+1)
• 在屏幕中输入的坐标处出现洋红色的节点，点击Apply确定该节点的创建(在console窗可见该节点的创建信息).
• 接下来输入坐标（0,0,6），点击Apply创建节点2.
• 输入坐标（3,0,6），点击Apply创建节点3
• 输入坐标（5,0,6），点击Apply创建节点4
• 输入坐标（10,0,6），点击Apply创建节点5
• 关闭By XYZ, Locate…对话框
• 若要显示节点ID号，在屏幕中框选所有节点，点击工具条上按钮“Display ID”（显示ID）。而后可点击按钮“Hide all displayed IDs”关闭ID显示
• 菜单2D > Sweep (Drag)（扫掠创建2D面）

• 对话框下拉列表分别为“Linear Points”（直线点）, “Vector”（方向矢量）and “Surf Only”（仅面）设置Part ID为1。
• 选择节点1和2作为直线点，按中键确定选择(或点击屏幕右端的绿色箭头)。
• 弹出Vector Definition（矢量定义）对话框，选择“2/3 Points”项，依次选择节点2和节点3，点击OK.，确定沿节点2到节点3扫掠

• 点击Apply创建面.
• 更改下拉列表“Linear Points”（直线点）为 “Multiple Curves”（多线），选择刚创建面的左边界，中键确定。
• 依次选择节点3和4，中键确定沿节点3到节点4扫掠。
• 保持Part ID为1，点击Apply创建第二个面。
• 对于第三个面，选择刚创建面的左边界，中键确定。
• 依次选择节点4和5，中键确定沿节点4到节点5扫掠。
• 保持Part ID为1，点击Apply完成第三个面的创建。
• 关闭Sweep对话框

First three surfaces in Part 1

• 接下来创建基板面的节点
• 菜单Node > By XYZ, Locate…（输入坐标创建节点）.
• 输入坐标（0,0,6.5），点击Apply 创建节点6
• 输入坐标（3,0,6.5），点击Apply 创建节点7
• 输入坐标（3,0,8），点击Apply 创建节点8
• 输入坐标（3,0,12），点击Apply 创建节点9
• 关闭By XYZ, Locate… 对话框
• 显示节点ID号，以便后续按节点号选择
• 菜单2D > Sweep (Drag) （扫掠创建2D面）
• 对话框下拉列表分别为“Linear Points”（直线点）, “Vector”（方向矢量）and “Surf Only”（仅面）设置Part ID为2。
• 选择节点6和7作为直线点，按中键确定选择。
• 弹出Vector Definition（矢量定义）对话框，选择“2/3 Points”项，依次选择节点7和节点8，点击OK.，确定沿节点7到节点8扫掠
• 点击Apply创建面，该面为基板和筋板间的5mm的间隙。
• 更改“Linear Points”（直线点）为 “Multiple Curves”（多线），选择刚创建面的上边界，中键确定。
• 依次选择节点8和9，中键确定沿节点8到节点9扫掠。
• 点击Apply创建第二个面
• 关闭Sweep对话框

All six rectangular surfaces in Part 1

• 菜单Node > By XYZ, Locate…（输入坐标创建节点）.
• 输入坐标（5,0,6），点击Apply 创建节点10
• 输入坐标（5,0,6.5），点击Apply 创建节点11
• 为创建表示焊接材料的三角形面，菜单2D > Blend (Spline)（混成生成2D面）
• 对话框下拉列表分别为“Linear Points”（直线点）, “Primary Only”, and “Surf Only”（仅面），设置Part ID为3。
• 依次选择节点3和节点10，中键确定。
• 依次选择节点6和节点11，中键确定，点击Apply生成三角面。
• 依次选择节点3和节点4，中键确定。依次选择节点6和节点7，中键确定，点击Apply生成三角面

Blend to create triangular surface

• 关闭Blend对话框
• 点工具按钮“Hide ID”隐藏所有节点的ID号
• 曲面应自动缝合（stitch），, but if every line in the object is red follow through with the next two steps.
• 菜单Surface > Cleanup（曲面清理），选择 “Stitch”（缝合）项，由CTRL+A或划选选择所有面
• 点击Check（检查），而后Apply，关闭对话框

Seven surfaces stitched into one surface

Meshing网格划分

• 点击Display Mode工具条上的按钮，将面的显示模式设为Flat Wireframe（平面线框）模式。
• 菜单2D > Topo Mesh（2D面Topo网格划分）
• 将在整个面上自动生成面拓扑
• Element size（网格边长）设为5，点击Set to All（即设定全局网格边长）.
• 勾选“Edge Handles”，更改各边单元数如下图所示 。为改变边单元数，点击框中数字上下拖动调整。

Topology of the 2D surface

• 在Topo Mesh对话框的Method页，单元选项Element Options更改为“Quad”（四边形） 和 “Linear”（线性），Method方法更改为 Best”，勾选Auto Seed Adjust（自动调节种子点）.

• 在ID 页，Part ID设为11，点击Mesh All Surfaces（所有面网格划分）.

• 关闭Topo Mesh对话框

Extrusion拉伸

• 点击View工具条上的按钮，将显示视角改为等轴测
• 菜单3D > Sweep (Drag)（扫掠创建3D）.
• 筋板，中键确定
• 在下拉列表中选择“Vector”（方向矢量），弹出Vector Definition（方向矢量定义）对话框
• 选择“Global Axis”（全局坐标），选择 Y axis（沿Y轴拉伸），点击OK.
• 在Sweep – 3D对话框中设置拉伸距离 distance为 48 mm

• 点击Mesh，弹出Mesh – 3D对话框
• 更改of Layers层数为16，Part ID为21，点击Mesh和OK，。同样拉伸基板和角焊接接头，Part ID分为 22,23
• 关闭Sweep对话框

Extrude Part 1 to create 3D elements

Extension Surfaces延伸面

• 更改显示模式为Flat and Wireframe.
• 菜单2D > Sweep (Drag)，更改设置为“Smooth Points”（光顺点）, “SurfOnly”（仅面） 和 “Vector”（方向矢量）. 更改Part ID为12 ，Distance（扫掠距离）为 62
• 选择如下图所示的筋板边界的两节点，中键确定
• 在Vector Definition（方向矢量定义）对话框中，选择 “Global Axis”项，选择 X axis，按OK.
• 按Apply创建新面
• 更改Part ID为 13，Distance为36，选择如下图所示的基板边界的两节点，中键确定
• 在Vector Definition对话框, 选择Z axis，按OK.
• 按Apply创建新面，关闭对话框。

Create second extension surface (part of the panel)

• 菜单2D >Topo Mesh，选择Part 12和13的面。
• 单元边长Element Size设为2，在Method页，选择“Map”项，Element option为 “Quad”（四边形）, 勾除“Auto Seed Adjust” （不自动调整种子点）
• Part12两侧的单元边数为20，Part13两侧的单元边数为12，如下图所示。
• 在Edge页，Biasing（偏置）类型Type设为 “Linear”（线性），偏置因子Factor为2
• 点击Bias Edge，选择所有单元边数为20和12的边
• 在靠近热影响区Heat Affected Zone (HAZ)的节点应该更密，远离热影响区的节点更稀疏。若不是这样，可通过反向偏置Flip来达到此目的，如下图所示。

Flip biasing to create concentrated mesh at HAZ

• 点击Create Mesh和OK，生成网格。关闭对话框。关闭 Topo Mesh对话框，更改显示模式为Flat and Wireframe，最终的网格如下图所示。

Extension – Solid Mesh

• 菜单3D > Sweep (Drag)，选择Part 12中的所有单元，中键确定
• 在Vector Definition对话框中，选择 “Global Axis”项，选择 Y axis，按OK.
• 设置Distance为 48，按Mesh弹出Mesh – 3D对话框。

Locate and Extrude Part 12

• No. of Layers层数设为24，Part ID为23。点击Mesh和OK拉伸单元

3D Mesh options for Part 12

• 定位到筋板，选择所有单元并确定
• 选择“Global Axis”项，选择 Y axis，按OK.
• 拉伸距离Distance为48，按Mesh弹出Mesh – 3D对话框

Locate and Extrude Part 13

• of Layers层数设为24，Part ID为21。点击Mesh和OK拉伸单元，关闭Sweep – 3D对话框。
• 按“F”适合窗口显示, 显示模式为Flat and Wireframe，模型如下图显示 。

Redefining Parts重定义Parts

• 接下来将焊接接头添加材料的各三角形块赋给其自身的part
• 设置对象选择器Entity Selector为3D Elements by 3D Elements

Entity Selector

• 显示视角设为XZ() ，框选一个三角区的所有3D单元

Box-select elements

• 右键，菜单Tools > Add to New Part，将所选的单元从原Part移至新Part中

Add each weld to a new part

• 同样的操作，将另一焊缝材料对于3D单元移至新Part中
• 这一个三角块Part号25。
• 热影响区Heat Affected Zone的单元应该重新分配到包含基板和筋板的Part中
• 对象选择器Entity Selector保持为3D elements, 定位LocatePart 23 ，选择在5mm间隙下的所有单元
• 在所选单元上右键Tools >Change PID.（更改Part ID），更改ID号为27，按OK。
• 对象选择器Entity Selector保持为3D elements，选择在5mm间隙以上的所有单元，更改ID号为26

Check and Clean-up检查与清理

应花费足够的时间来检查有限元FE模型，因为该模型的任何问题都会导致后续模拟的失败。

2D Surfaces2D面

• 在视图区右键View > Show All显示所有，按‘F’适合窗口显示

• 删除2D单元：在浏览器区选择所有2D对象的Part IDs，右键Delete删除

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• 留下的Parts应该只有Parts 25-27Preparing for Welding Process 焊接工艺的准备

本文由材料人编辑部石头供稿，欢迎加入材料人科研软件交流群 378691315。