連成解析スポット溶接解析

  • スポット溶接による温度分布や変形量、ナゲット径を確認したい。
  • 電気-伝熱-構造の複数場(連成解析)の解析設定がわからない。

スポット溶接は電極を通電、加圧する事により電極直下の金属材同士の接合部分をジュール発熱によって溶融させ、溶解した部分を冷却凝固させることで材料を接合させる溶接手法です。

ANSYSではこれらの電流、圧力、熱という物理現象を連成解析で表現する事が可能です。

本事例では電極加圧・通電・温度変化に伴う形状変形を解析する為 「電気-伝熱-構造」の同時連成解析を行っています。

同時連成解析を行う為、電気-伝熱要素に構造要素を張り、荷重 ステップ毎に電気-伝熱要素で求まった温度結果を構造要素に 転送しております。(図2)

解析モデル

2枚の鋼板を電極(溶接棒)で挟み、加圧力と電流を加えた状態でスポット溶接を行う様子についての解析事例モデルです。軸対称形状として、断面のみをモデル化しています。


図1 : スポット溶接解析モデル



図2 : 連成解析のモデル作成イメージ

解析結果

ANSYSでは、以下のような解析結果を得ることができますが、その他にも、解析結果を元に、更に数値処理を行うことで、ナゲット径(溶融径)、コロナボンド径(結合径)、板間チリ発生有無、板表面チリ発生有無の内容を得ることもできます。

※各画像をクリックすると、別ウィンドウでアニメーションや拡大画像をご覧いただけます。

画像をクリックするとアニメーションを表示します
温度分布図

溶融状態図
 
青色領域 →非溶融状態
赤色領域 →溶融状態

相当応力コンタ図

相当塑性ひずみコンタ図
  塑性ひずみは、降伏点でのひずみをゼロと換算したひずみ量です。
コンタ図で青色以外の部分が塑性していることを示します。

接触圧力コンタ図

電極間電圧グラフ
縦棒グラフの出ている箇所は、
2枚の鋼板が接触していることを示します。
 

温度変化グラフ
 

効果

ANSYSでは、温度分布や応力、融解状態などの結果を得る事が出来ます。その他にも解析結果を元に、さらに数値処理を行なう事でナゲット径(溶融径)、コロナボンド径(結合径)、板間チリ発生有無の内容を得る事も可能です。

解析種類

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