SOLIDWORKS Simulation Verbindungsglieder Schweisspunkte

Schweisspunkte sind Verbindungsgliedtypen, die zwei oder mehrere dünne, aufeinanderliegende Bleche an kleinen Bereichen (Punkten) ohne Füllmaterial verbinden. Diese Verbindungsgliedtypen sind für statische, Knick-, Frequenz- und dynamische Studien (nicht für Verbundstoff-Schalen) verfügbar und ausschliesslich in SOLDIWORKS Simulation Professional und höher enthalten.

Sie können Schweisspunkte zwischen zwei Volumenkörpern, zwischen zwei Schalenflächen oder zwischen einem Volumenkörper und einer Schalenfläche (mit Kontaktbedingung Keine Penetration zwischen den zwei Flächen) definieren.

Verbindungsglieder in SOLIDWORKS Simulation

Da die Verknüpfungsdefinitionen in SOLIDWORKS Baugruppen nicht analog in Kontaktdefinitionen in SOLIDWORKS Simulation umgesetzt werden, müssen die Kontaktbedingungen der Baugruppe in SOLIDWORKS Simulation durch Interaktionen oder Verbindungsglieder erstellt werden.

Die Schweisspunkte definieren ein Verbindungsglied, das eine Punktschweissnaht zwischen zwei Flächen simuliert.

Beispiel:
Um die Verwendung von Schweisspunkten zu demonstrieren, betrachten wir eine Röhre, die aus zwei Blechen galvanisierten Stahls hergestellt wird und an beiden Seiten zusammengeschweisst wird (Abbildung 1). Wir verwenden die Finite-Element-Analyse (FEA) zum Untersuchen der Torsionssteifigkeit der Baugruppe.

Die beiden Einzelteile werden durch 10 Schwesspunkte auf jeder Seite verbunden. Die Schweisspunkte haben einen Abstand von 25,4mm zueinander. Der Durchmesser der einzelnen Schweisspunkte beträgt 3,175mm.

In das Teil wird eine Trennlinie hinzugefügt, um die Positionen der Schweisspunkte zu bestimmen (Abbildung 2).

Eine  statische Studie wird erstellt. Die Materialdefinition Verzinkter Stahl wird von SOLIDWORKS CAD zu SOLIDWORKS Simulation übertragen. Die Blechteile werden automatisch als Schalen in SOLIDWORKS Simulation vernetzt. Um diese als Volumenkörper zu behandeln, muss der Ordner Parts aufgeklappt und mit Rechtsklick auf Röhren-Features die Option „Als Volumenkörper behandeln“ ausgewählt werden (Abbildung 3).

Die Schweisspunkte werden durch den CommandManager: Simulation > Verbindungs-Berater > Schweisspunkte aufgerufen. Die beiden Flächen werden in dem entsprechenden Bereich als erste und zweite Schweisspunktfläche ausgewählt. Anschliessend werden durch die Option Schweisspunktpositionen die zehn gezeigten Eckpunkte auf der Trennlinie ausgewählt und der Schweisspunktdurchmesser wird mit 3,175 mm angegeben. Auf diese Weise werden alle Schweisspunktpositionen auf einer Seite als ein einziges Lager definiert (Abbildung 4).

Analog dazu werden die Schweisspunkte an allen zehn Positionen auf der anderen Seite der Röhre definiert. Diese werden im Simulations-Strukturbaum als Schweisspunkt-Verbindungselement angezeigt (Abbildung 5).

Für die Einspannungen wird der Umfang an der hinteren Seite der Röhre beschränkt (0 rad) und die vordere Seite wird mit einem Drehwinkel von 1 Grad (0,0174 rad) ausgelenkt (Abbildung 6).

Des Weiteren wird eine Kontaktbedingung an den sich berührenden Flächen der beiden Hälften als keine Penetration definiert. Es soll davon ausgegangen werden, dass nur die Schweisspunkte die Belastung tragen.

Anschliessend wird das Model vernetzt und die Analyse ausgeführt. Nachdem die Studie erfolgreich berechnet wurde, sind die Ergebnisse zum Auswerten verfügbar (Abbildung 7).

Schweisspunkte-Spannungskonzentrationen

In der Regel sind zwei Elementen von zweiter Ordnung entlang der Wanddicke empfehlenswert. Eine Elementschicht ist für die Analyse von Verformung hinreichend, könnten jedoch in detaillierten Spannungsergebnissen zu einem hohen Spannungsfehler führen. D. h. Schweisspunkt-Verbindungsgliedern zeigen auf Punkt-Verbindungen, woraus sich mathematisch in der Nähe der Schweisspunkte unendliche Spannungen ergeben. Daher sind Modelle mit Schweisspunkt-Verbindungsgliedern nur für die Verformungsanalyse geeignet und sollen für die lokal Spannungsanalyse nicht verwendet werden.

Die y-Komponente der Reaktionskraft wird durch die Axis im zylindrischen Koordinatensystem aufgelistet (siehe folgende Abbildung). Die Umfangskomponente der Reaktionskraft beträgt 229 kN (Abbildung 8). Durch den Durchschnittsradius (0,125 mm) wird das resultierende Drehmoment (T) berechnet:

T = 229 kN* 0,125 m = 28,625 kN-m

 

Zusammenfassung

Die Schweisspunkte definieren ein Verbindungsglied, das eine Punktschweissnaht zwischen zwei Flächen simuliert. Diese Verbindungsgliedtypen sind ausschliesslich in SOLDIWORKS Simulation Professional und höher Version für statische, Knick-, Frequenz- und dynamische Studien verfügbar (nicht für Verbundstoff-Schalen verfügbar). Die Schweisspunkte können zwischen zwei Körpern (Volumen, Schalen oder gemischt) definiert werden. Beachten Sie, dass das Netz mit nur einem Element entlang der Wanddicke zu einem hohen Spannungsfehler führen kann. Modelle mit Schweisspunkte sind daher hingegen für die Analyse von Verformung und globalen Spannungen geeignet.