fe‑safe/Verity 是 SIMULIA fe‑safe 中专门用于焊接结构疲劳分析的核心模块，基于 Battelle 专利的网格不敏感结构应力法（SSM），是工业界焊接疲劳仿真的主流方案。

一、核心定位与技术背景

• 定位：焊接结构专用疲劳分析模块，解决传统名义应力法网格敏感、S‑N 曲线选择复杂、预测不准的痛点。
• 技术来源：Battelle 实验室 Pingsha Dong 博士团队开发的等效结构应力法（ESSM），已获专利。
• 发布：2005 年随 fe‑safe 推出，是首个商业化的焊接结构应力法模块。
• 适用对象：线焊、点焊、焊球、角接、搭接、对接等所有焊接接头，覆盖钢、铝等金属。

二、核心技术原理（结构应力法 SSM）

1. 结构应力计算（网格不敏感）

• 基于节点力 / 节点弯矩计算，而非直接提取单元应力。
• 结构应力 = 膜应力 + 弯曲应力，自动计入焊趾缺口、板厚、载荷模式影响。
• 关键优势：网格不敏感，粗网格即可获得稳定结果，大幅降低建模成本。

2. 等效结构应力（ESS）

• 将多轴、变幅载荷统一为单轴等效结构应力。
• 自动考虑应力集中、厚度效应、载荷类型，无需额外修正系数。

3. 主 S‑N 曲线（Master S‑N）

• 钢材、铝合金各一条通用主 S‑N 曲线，适配所有焊接类型、板厚与载荷。
• 基于3500+ 焊接疲劳试验验证，预测精度远高于传统名义应力法。

4. 损伤累积

• 采用Miner 线性累积，支持雨流计数、变幅载荷、多工况叠加。
• 自动识别焊趾 / 焊根等危险位置，预测裂纹萌生寿命。

三、核心功能

1. 焊接类型全覆盖
• 线焊：角接、搭接、对接、T 型接头
• 点焊：自动识别焊点位置、板数、厚度
• 焊球、塞焊、槽焊等特殊接头
2. 载荷处理能力
• 支持时域载荷谱、频域 PSD、多工况叠加
• 兼容 Abaqus、ANSYS、NASTRAN 等主流 FEA 结果
3. 材料与 S‑N 曲线
• 内置钢、铝主 S‑N 曲线
• 支持自定义主 S‑N 曲线（基于企业试验数据）
• 考虑残余应力、表面处理、腐蚀等影响
4. 后处理输出
• 寿命云图、安全系数云图、损伤云图
• 危险位置、失效模式（焊趾 / 焊根）
• 关键焊点 / 焊缝的载荷历程、雨流循环、损伤贡献

四、标准操作流程（Abaqus + fe‑safe/Verity）

0 前提条件

• Abaqus 完成焊接结构静力 / 显式分析
• 输出：节点力（NFORC）、节点弯矩（NMOM）、位移、载荷历史
• 模型：壳单元（S4/S4R）或实体单元（C3D8/C3D10），焊接区域网格可粗化
• 已安装 fe‑safe + Verity 模块

1 Abaqus 前处理要点

1. 单元选择：优先壳单元（S4/S4R），实体单元需输出节点力 / 弯矩
2. 必须输出：
• NFORC（节点力）
• NMOM（节点弯矩）
• 位移、载荷历程（变幅载荷）
3. 分析步：Static, General，Nlgeom = On（大变形）
4. 焊接建模：
• 线焊：定义焊缝线（Weld Line）
• 点焊：建立焊点单元（CWELD）或节点耦合

2 导入 fe‑safe

1. 新建 fe‑safe 作业 → 导入 Abaqus ODB
2. 进入 Material → 材料类型设为 Steel/Aluminum
3. 进入 Fatopia → 选择 Verity (Weld Fatigue) 激活模块

3 焊接定义（核心步骤）

3.1 线焊定义

• 选择 Weld Line → 拾取焊缝节点 / 单元
• 自动识别：板厚、焊接类型（角接 / 搭接 / 对接）
• 手动修正：焊趾 / 焊根位置、焊接角度

3.2 点焊定义

• 选择 Spot Weld → 自动检测（Auto Detect）
• 自动识别：焊点位置、板数、每张板厚度
• 支持批量定义数千个焊点

4 Verity 算法设置（推荐模板）

1. Analysis Type：Verity Structural Stress
2. Structural Stress Method：Battelle Verity（默认）
3. Master S‑N Curve：
• 钢：Steel Master S‑N
• 铝：Aluminum Master S‑N
4. Damage Accumulation：Miner
5. Rainflow Counting：Standard
6. Residual Stress：按需输入（如焊接残余应力）

5 载荷映射

• 静力工况：直接选择 Abaqus 分析步
• 时域载荷：导入 CSV 载荷谱 → 映射到焊缝 / 焊点
• 多工况：自动叠加计算

6 求解与后处理

1. 提交求解 → 选择 Verity Solver
2. 后处理查看：
• Life：寿命云图（红色 = 危险，蓝色 = 安全）
• Safety Factor：安全系数（SF < 1 → 失效）
• Critical Location：最危险焊缝 / 焊点
• Weld Results：每个焊缝的寿命、失效模式

五、优势总结（对比传统名义应力法）

六、典型应用场景

• 汽车：车身焊接、底盘焊接、电池包焊接
• 工程机械：车架、吊臂、液压支架焊接
• 轨道交通：车体、转向架、连接件焊接
• 船舶 / 海洋：船体结构、管系、平台焊接
• 航空航天：机身、机翼、发动机支架焊接

七、常见问题与避坑

1. 未输出节点力 / 弯矩 → Verity 无法计算结构应力
2. 焊接定义错误 → 寿命结果完全错误（务必核对焊趾 / 焊根）
3. 主 S‑N 曲线选错 → 钢 / 铝混用导致寿命偏差
4. 残余应力未考虑 → 实际寿命低于预测
5. 点焊未自动检测 → 手动定义焊点效率低