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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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基于平均等效应力强度因子的高强钢焊缝疲劳寿命仿真预测研究

基于平均等效应力强度因子的高强钢焊缝疲劳寿命仿真预测研究

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作者：程广鸣湖南大学

学位级别：硕士

一般来讲,焊接结构具有强度高、设计灵活性大、密封性好、易于加工连接和易于实现自动化等优点。焊接是汽车车厢、车架和底盘的主要连接方式,目前焊接结构的钢重量已占钢铁总产量的一半以上,工业发达国家的这一比例甚至接近70%。焊缝作... 详细信息

一般来讲,焊接结构具有强度高、设计灵活性大、密封性好、易于加工连接和易于实现自动化等优点。焊接是汽车车厢、车架和底盘的主要连接方式,目前焊接结构的钢重量已占钢铁总产量的一半以上,工业发达国家的这一比例甚至接近70%。焊缝作为焊接结构主要组成部分,其疲劳寿命很大程度上决定了焊接结构的疲劳寿命。据相关统计,汽车结构中大约有90%的损坏是由疲劳导致的。因此在设计早期,利用CAE(计算机辅助分析)手段对焊缝疲劳寿命进行预测从而进行结构改进,对于缩短产品的开发周期,降低研发成本有着重要的现实意义。另一方面,随着汽车行业的迅速发展,由此导致的能源短缺、环境污染等一系列问题日渐严重,因此“汽车减重,降低油耗,减少排放”成为汽车行业的关键所在。高强钢凭借其自身的优点已经成为极具应用前景的汽车轻量化材料,正逐步地替代传统的低碳钢成为汽车车身和某些底盘零部件的材料。本文正是在此背景下展开对高强钢焊接结构的疲劳寿命仿真预测方法的研究。目前普遍应用的焊缝疲劳仿真分析方法主要有名义应力法和结构应力法,本文针对两种方法的应用局限性及未考虑剪切结构应力导致的预测精度不高等问题,提出了一种新的高精度焊缝疲劳寿命预测方法。该方法以断裂力学为理论基础,通过计算得到整个裂纹扩展路径上的平均等效应力强度因子eqDK,并将其作为焊缝疲劳仿真分析方法的评价参数。对双相钢DP800GI和高强度低合金钢HSLA350GI两种高强钢材料的搭接接头进行疲劳试验,并与目前的名义应力法和结构应力法进行预测精度对比。本文主要内容如下:(1)介绍高强钢焊接的研究现状,简要概述了目前主要的几种焊缝疲劳寿命预测方法,并概述了断裂力学的理论基础。(2)介绍了传统的焊缝建模方法并指出其模拟不精确、建模和计算效率较低等缺点,论述了本文中的焊缝建模方法。(3)通过有限元提取焊缝周围各节点的节点力和力矩,计算出焊缝的结构应力,接着推出平均应力强度因子eqDK,从而计算出整个裂纹扩展路径上的平均等效应力强度因子(?)作为焊缝疲劳寿命预测的评价参数,(4)对DP800GI和HSLA350GI两种高强钢材料的搭接接头进行疲劳试验,并将(?)与试验所得的疲劳寿命数据进行双对数回归分析,得到的一条主(?)曲线作为焊缝的疲劳寿命预测曲线,与目前的名义应力法和结构应力法进行预测精度对比。本文研究表明:基于平均等效应力强度因子的焊缝疲劳寿命仿真预测模型能够有效地预测焊缝疲劳寿命,且预测精度高于目前的名义应力法和结构应力法,具有较高的工程应用价值。

关键词：焊缝疲劳寿命节点力和力矩剪切结构应力平均等效应力强度因子

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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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