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中国机械工程 2021年第5期32卷 505-511页

作者：宋凯苏玉龙杜展鹏陈少伟湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

车身焊接易造成翘曲缺陷,显著影响其疲劳寿命。针对翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响,基于力学理论和有限元法,将焊点模型模块化,对比分析仿真得出的合格焊点平均应力强度因子ΔK_(qua)与翘曲缺陷焊点平均应力强度因子ΔK_(def)。通过... 详细信息

车身焊接易造成翘曲缺陷,显著影响其疲劳寿命。针对翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响,基于力学理论和有限元法,将焊点模型模块化,对比分析仿真得出的合格焊点平均应力强度因子ΔK_(qua)与翘曲缺陷焊点平均应力强度因子ΔK_(def)。通过寻找影响因素及影响规律,提出翘曲因子C的概念并通过仿真验证其适用性。仿真分析与理论推导得出的平均应力强度因子间的平均误差小于6%。试验结果表明,经翘曲因子修正的翘曲缺陷焊点ΔK_(def)的平均准确率为84.6%。

关键词：翘曲缺陷翘曲因子平均应力强度因子模块化焊点模型

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一种基于平均应力强度因子的焊点疲劳寿命预测方法

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机械工程学报 2015年第16期51卷 113-119页

作者：宋凯钱涛陈涛李光耀袁智军湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 上汽通用五菱汽车股份有限公司柳州545000

传统的焊点疲劳仿真分析方法主要有基于力的LBF方法和基于应力的LMS方法,针对这两种方法所存在的预测精度不高、建模和计算效率偏低等问题,提出一种新的焊点疲劳寿命预测方法,该方法从断裂力学的角度考虑焊点的疲劳失效,采用一种模块化... 详细信息

传统的焊点疲劳仿真分析方法主要有基于力的LBF方法和基于应力的LMS方法,针对这两种方法所存在的预测精度不高、建模和计算效率偏低等问题,提出一种新的焊点疲劳寿命预测方法,该方法从断裂力学的角度考虑焊点的疲劳失效,采用一种模块化焊点模型,通过有限元提取焊点周围各节点的节点力和力矩,进而推算出焊点裂纹在板厚扩展路径上的平均应力强度因子作为疲劳寿命的评价参量。通过对HSLA340GI和DP600GI两种高强钢材料、4种不同厚度的电阻点焊接头进行剪切疲劳试验,将该平均应力强度因子与试验所得的焊点疲劳寿命数据进行双对数回归分析,得到一条平均应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为焊点的疲劳寿命预测曲线,并与传统的LBF和LMS方法进行预测精度的对比分析,结果表明本文的焊点疲劳寿命预测方法的预测精度高于传统的LBF和LMS方法。

关键词：焊点疲劳寿命模块化焊点模型节点力和力矩平均应力强度因子

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钢板点焊翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响

钢板点焊翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响

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作者：苏玉龙湖南大学

学位级别：硕士

随着互联网、人工智能、电动化等新技术的兴起,智能网联汽车、新能源汽车正逐步成为未来汽车的全新定义,但是汽车质量在汽车行业新趋势下依旧是一个非常重视的问题,而汽车质量问题仍阻碍着我国汽车行业发展,提升汽车的疲劳耐久性能依旧... 详细信息

随着互联网、人工智能、电动化等新技术的兴起,智能网联汽车、新能源汽车正逐步成为未来汽车的全新定义,但是汽车质量在汽车行业新趋势下依旧是一个非常重视的问题,而汽车质量问题仍阻碍着我国汽车行业发展,提升汽车的疲劳耐久性能依旧是改善我国汽车质量的重要举措之一。典型轿车白车身结构通常含有3000～5000个焊点,而汽车车身在动态随机载荷下容易使焊点周围产生应力集中,从而引起疲劳破坏,而焊点的疲劳破坏有很大的部分引起汽车车身结构的疲劳,致使汽车的各种功能指标降低,危害汽车的耐久性和安全性。在车身的焊接过程中各种因素导致焊点缺陷的产生,比如虚焊、过烧和脱焊等,这些缺陷会降低焊点的疲劳寿命。此外,车身焊接过程中,钢板形状尺寸、安装误差等不可控因素使得钢板焊接容易造成翘曲缺陷,显著影响焊接质量及其疲劳寿命。本文的主要研究工作如下:首先,通过对电阻点焊焊接过程进行有限元仿真模拟,获得合格焊点与翘曲缺陷焊点的仿真模型,再通过前处理软件对仿真模型处理,对焊点模型进行模块化处理。其中,翘曲焊点焊接前的间隔为固定间隔5mm。其次,平均应力强度因子能有效预测焊点疲劳寿命,本文针对翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响,通过对比分析合格焊点与翘曲缺陷焊点的平均应力强度因子,确定影响因素和影响规律,对比两者在相同加载力下的平均应力强度因子,找到了影响翘曲缺陷的影响因素有板材的厚度t、焊接前焊接板材之间的间隔b以及焊接完成后所形成的夹角α,最后通过分析首次提出翘曲因子,并得到翘曲因子C表达式,其能较清晰地表达各因素对应力强度因子的影响规律。最后,通过仿真分析验证翘曲因子的适用性,仿真分析与理论推导之间的平均误差在6%以内。通过实验验证,经过翘曲因子C修正的翘曲缺陷焊点的平均应力强度因子精度为83%。本论文工作说明翘曲因子能有效地反映翘曲缺陷对焊点平均应力强度因子的影响,对于翘曲缺陷焊点的疲劳寿命预测具有较好的准确性和适用性。

关键词：翘曲缺陷断裂力学翘曲因子平均应力强度因子模块化焊点模型

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基于平均应力强度因子的高强钢焊点疲劳寿命仿真预测方法研究

基于平均应力强度因子的高强钢焊点疲劳寿命仿真预测方法研究

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作者：钱涛湖南大学

学位级别：硕士

一般情况下,典型的白车身结构通常含有多达3000000个焊点。焊点周围存在较严重的应力集中,疲劳裂纹易于形成和扩展,据统计大约50%的汽车结构的疲劳问题和焊点有关,大约80%的车身疲劳问题和焊点有关。因此,在设计的早期运用计算机辅助分... 详细信息

一般情况下,典型的白车身结构通常含有多达3000000个焊点。焊点周围存在较严重的应力集中,疲劳裂纹易于形成和扩展,据统计大约50%的汽车结构的疲劳问题和焊点有关,大约80%的车身疲劳问题和焊点有关。因此,在设计的早期运用计算机辅助分析的手段,对焊点进行疲劳寿命预测,对于有效降低生产成本,缩短汽车设计开发周期,提高产品的质量有着重要的现实意义。现今面对能源短缺、环境污染等一系列21世纪人类发展的重要问题,减轻汽车自重、降低燃油消耗已成为各大汽车生产商提高竞争能力的关键。因此,传统的低碳钢正越来越多地被高强度钢所取代,它能够在不降低车身强度、刚度等各项性能指标的前提下,减少车身重量。本文正是在此背景下对高强钢点焊接头的疲劳仿真预测方法展开相关研究工作。针对传统的基于力的LBF方法和基于应力的LMS方法这两种焊点疲劳寿命仿真预测方法所存在的预测精度不高、建模和计算效率偏低等问题,本文提出了一种新的焊点疲劳寿命仿真预测模型,从断裂力学的角度考虑焊点的疲劳失效,采用一种模块化焊点模型,提出了一种焊点裂纹在板厚扩展路径上的平均应力强度因子DK作为疲劳寿命的评价参量。选择目前常用的高强度低合金钢(HSLA340GI)和双相高强钢(DP600GI)这两种高强钢材料、4种板厚组合的电阻点焊接头进行了剪切疲劳试验,并与传统的LBF和LMS方法进行预测精度的对比分析。主要的研究内容如下:(1)介绍了高强钢电阻点焊的的研究现状,简要叙述了点焊接头疲劳寿命预测的研究现状,介绍了疲劳理论的发展过程,指出传统的焊点疲劳寿命预测方法无法直接应用到高强钢焊点疲劳寿命预测中。(2)采用了一种模块化焊点建模方法,相对于传统LBF和LMS方法所采用的焊点模型,该模型可以准确模拟焊点实际位置,更加符合焊点的物理几何特征,并且不会降低建模和计算效率,运用该模型进行焊点疲劳仿真分析能够获得更准确的疲劳寿命预测结果。(3)采用焊点疲劳裂纹在板厚扩展路径上的平均应力强度因子DK作为焊点疲劳寿命的评价参量,对HSLA340GI和DP600GI两种高强钢材料、4种板厚组合的电阻点焊接头进行了剪切疲劳试验,得到了不同点焊接头样件的疲劳寿命数据,通过DK与焊点疲劳数据的回归分析,得到一条主DK-N曲线,并与传统的LBF和LMS方法进行了预测精度的对比分析。结果表明本文提出的焊点疲劳寿命仿真预测模型能够有效预测高强钢点焊接头的疲劳寿命,且预测精度高于传统的LBF和LMS方法。本文研究表明:本文提出的基于平均应力强度因子的焊点疲劳寿命仿真预测模型能够有效预测高强钢点焊接头的疲劳寿命,并且预测精度高于传统的LBF和LMS方法,具有较高的工程应用价值。

关键词：焊点疲劳寿命模块化焊点模型节点力和力矩平均应力强度因子

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