上一期我們講了單軸疲勞以及多軸疲勞如何在 OptiStruct 中設置的例子，大家是不是覺得意猶未盡呀？
絕大多數的焊接結構和焊接機械零件都是在變載荷下工作的，疲勞破壞是這種構件的主要破壞形式，這期我們就來說說焊縫疲勞~
FE建模
首先介紹下焊縫建模的一些術語，即焊趾、焊喉、焊根、焊腳，如圖：
當焊縫用於疲勞分析時，OptiStruct 中使用殼單元進行建模。對於不同的焊接形式，有不同的建模方法，我們會在下文詳盡介紹的~
在 FATSEAM 卡片的 WTYPE 中可以選擇用於焊縫疲勞的類型。
Fillet
推薦用 CQUAD4 建模，如果使用 CTRIA3 那麼疲勞評估只會考慮焊趾部分。
T型連接建模規則
注意：焊縫單元法向朝外。焊縫單元的厚度一般等於焊喉的尺寸約等於 1.414*L（對於上圖中的第二個，一般推薦設置為 0.35*L）。
十字連接建模規則
需要在 FATSEAM 中額外指出為十字連接形式，另外建模時，需要具有對稱性。
OVERLAP/LASER EDGE OVERLAP
建模規則
焊縫單元的厚度一般等於焊喉的尺寸。
02
疲勞評估位置
不同焊接形式，疲勞失效可能發生的位置也有所區別，對於上面介紹的幾種類型，疲勞評估位置如下表中所示：
03
失效準則
OptiStruct 中計算焊縫焊點疲勞壽命的方法是基於 M. Fermér, M Andréasson, and B Frodin在Fatigue Life Prediction of MAG-Welded Thin-Sheet Structures 一文中提出的演算法。該方法使用沿焊縫計算的節點力和力矩，以及焊趾處結構應力的解析運算式。 計算得到的應力與實驗確定的 Wöhler 或 S-N 曲線一起使用。文中指出由膜力主導結構應力的“剛性”焊接接頭具有比由彎矩控制結構應力的“柔性”接頭更陡的 S-N 曲線。 觀察到所有測試結果接近這兩條 S-N 曲線之一。 彎曲應力與總結構應力(彎曲應力+膜應力)的比例可用於選擇合適的 S-N 曲線。
兩條 S-N 曲線
由膜力主導結構應力的“剛性”焊接接頭的 S-N 曲線； 由彎矩控制結構應力的“柔性”接頭更陡的 S-N 曲線。
2
插值確定實際 S-N 曲線
那麼這條插值曲線是如何確定的呢？
SR1_i = [SR1_m + (SR1_b - SR1_m) IF]
這裡引入參數 IF 實現兩條曲線內的線性插值。當 IF = 0 那麼用的是 membrane 的 SN 曲線，而 IF=1 則用的是 bending 的 SN 曲線。
得到了這條插值的曲線後，還需要根據不同情況對其進行修正。
厚度修正
焊縫的SN曲線是在特定厚度下得到的，而分析物件可能是任意厚度，所以需要對SN曲線進行修正。
T<TREF
T>TREF
TREF/TREF_N 是材料參數，通過 PFATSMW 給出；通過 FATPARM 開啟厚度修正。
平均應力修正
支援 FKMMSS 平均應力修正。
區分為4個區域，1、4不修正。
區域2：
區域4
M為平均應力敏感係數，通過 MATFATFKMMSS_SM 定義；通過 FATPARM 開啟平均應力修正，默認不開。
上面的理論知識是不是讓你感覺有點不知所措？那讓我們來看一個例子吧~
04
例子
下面將通過一個具體例子來介紹如何在 OptiStruct 中進行焊縫疲勞計算的過程，以及會用到的卡片。
焊縫疲勞的整個卡片組成如下：
① 單元類型屬性指定：FATDEF-FATSEAM-PFATSMW
② 控制參數：FATPARM-SMWLD
③ 料sn曲線：MATFAT-SMWLD
④ 荷曲線和一般情況一致
MODAL
這裡我們用到的模型如下，考察焊縫部位的疲勞壽命：
建模
2
定義疲勞單元
FATSEM，PFATSMW
（焊縫單元類型，參數）
FATDEF
MATFAT
（兩條sn曲線）
3
控制參數FATPARM（sn曲線修正等）
4
載荷曲線設置
這一步與我們在上一節中介紹單軸/多軸疲勞是一樣的，這裡就不贅述了~
最後焊縫部位的損傷量及壽命如下所示，當 damage>1，結構發生疲勞失效：
那麼這一期就講到這裡啦~我們下期再見~
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