一種焊點疲勞壽命預測方法

一種焊點疲勞壽命預測方法
【專利說明】_種焊點疲勞壽命預測方法 發明領域
[0001] 本發明涉及一種焊接疲勞失效預測，尤其涉及一種焊點疲勞壽命預測方法。
【背景技術】
[0002] 電阻點焊是汽車裝配中傳統的焊接工藝，汽車中大部分部件之間的連接接頭形式 是按照電阻點焊要求來設計的，而且電阻點焊非常適用于車身這種薄板結構的搭接。據統 計大約50%的汽車結構的疲勞問題和焊點有關，大約80%的車身疲勞問題和焊點有關，因 此可以說焊點的疲勞強度決定了汽車構件的耐久性。因此，在設計的早期運用計算機輔助 分析的手段，對車身焊點進行疲勞壽命預測，對于有效降低生產成本，縮短汽車設計開發周 期，提高產品的質量有著重要的現實意義。
[0003]目前，焊點疲勞壽命預測主要有兩種方法：一種是基于力的LBF法，該方法采用梁 單元模擬焊核，通過作用在焊核梁單元上的力和力矩，按照一定的數學公式推算焊接板材 上的結構應力來評價焊點疲勞壽命，由于梁單元不能傳遞殼單元上的扭轉力矩，且結構應 力的計算采用較多的經驗參數，因此預測精度較低；另一種是基于應力的LMS預測方法，該 方法采用非常精細化的焊點模型，直接通過有限元計算焊接板材的局部應力來預測焊點疲 勞壽命，具有一定的預測精度，但應用于整車的焊點疲勞預測中，則建模和計算效率偏低。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于解決現有的焊點疲勞預測方法所存在的預測精度偏低、建模和 計算效率偏低等問題。
[0005] 本發明的技術方案是提供了一種焊點疲勞壽命預測方法，其特征在于：
[0006] 步驟1、整車建模，建立模塊化焊點有限元模型；
[0007] 步驟2、推導焊點疲勞壽命評價參量：平均應力強度因子I;
[0008] 步驟3、對不同材料的點焊接頭進行系統的疲勞試驗，將與不同材料的點焊接 頭的疲勞試驗數據進行回歸分析，得到不同材料點焊接頭曲線。
[0009] 進一步地，步驟2中，平均應力強度因子推導過程如下：
[0010] (1)通過CAE分析可得到不同工況條件下整車模型中焊點焊核周圍各節點的節點 力和力矩，并通過坐標變換轉化為各節點局部坐標系下的節點力F x、Fy、Fz和節點力矩M x、 My、Mz;
[0011] ⑵將節點力Fx、Fy、Fz轉換為線性力f x、fy、fz，節點力矩Mx、My、M z轉換為線性力 矩 mx、my、mz;
[0012] (3)推算相應節點處結構應力〇m、〇b，其中，由焊點周圍各節點的線性力和力矩， 按式（2)得到相應節點處的結構應力：
[0013] 〇m=fy/t
[0014] 〇b= 6mx/t2 (2)
[0015] 式中，〇m為焊點周圍各節點處的膜應力，〇 b為焊點周圍各節點處的彎應力，fy、mx 分別為局部坐標系下y、x方向上的線性力和力矩，t為焊接母板的厚度；
[0016] (4)對節點處結構應力進行裂紋擴展角a的修正，其中，經過焊點實際裂紋擴展 角度a修正的結構應力：
[0017] °mxZ=(fysina-fzcos a) sin a/t
[0018]
【主權項】
1. 一種焊點疲勞壽命預測方法，其特征在于： 步驟1、整車建模，建立模塊化焊點有限元模型； 步驟2、推導焊點疲勞壽命評價參量：平均應力強度因子^， 步驟3、對不同材料的點焊接頭進行系統的疲勞試驗，將^與不同材料的點焊接頭的 疲勞試驗數據進行回歸分析，得到不同材料點焊接頭^ -iV曲線。
2. 根據權利要求1所述的焊點疲勞壽命預測方法，其特征在于：步驟2中，平均應力強 度因子I推導過程如下： (1) 通過CAE分析可得到不同工況條件下整車模型中焊點焊核周圍各節點的節點力和 力矩，并通過坐標變換轉化為各節點局部坐標系下的節點力Fx、Fy、Fz和節點力矩Mx、My、Mz; (2) 將節點力Fx、Fy、Fz轉換為線性力fx、fy、fz，節點力矩Mx、My、MZR換為線性力矩mx、 my、mz; (3) 推算相應節點處結構應力〇m、〇b，其中，由焊點周圍各節點的線性力和力矩，按式 (2)得到相應節點處的結構應力： 0 m= f y/t 〇b= 6mx/t2 (2) 式中，為焊點周圍各節點處的膜應力，〇b為焊點周圍各節點處的彎應力，fy、mx* 別為局部坐標系下y、x方向上的線性力和力矩，t為焊接母板的厚度； (4) 對節點處結構應力進行裂紋擴展角a的修正，其中，經過焊點實際裂紋擴展角度 a修正的結構應力： 〇mxz=(fysina-fzcosa)sina/t
式中，〇?z為經過a修正的膜應力，obxz為經過a修正的彎應力，t為焊接母板厚度，a為實際的裂紋擴展角度，fy、fz、mx分別為局部坐標系下y、z、x方向上的線性力和力矩； (5) 對膜應力的應力強度因子At、彎應力的應力強度因子AKb、總應力強度因子AK 進行推算，其中總應力強度因子：
式中：AKm為對應膜應力的應力強度因子，AKb為對應彎應力的應力強度因子，AK為 總應力強度因子，
為應力強度因子對應膜應力的幾何修正系數，
為應力強度 因子對應彎應力的幾何修正系數； (6) 對平均應力強度因子^進行推算，取裂紋在板厚方向上擴展過程中的平均應力 強度因子作為焊點疲勞壽命的評價參量：
經計算得到：
3.根據權利要求1所述的焊點疲勞壽命預測方法，其特征在于：焊點的焊核使用兩層 實體單元模擬，每層由四個實體單元組成，形成一個等邊八邊形，直徑取焊核的實際直徑， 焊核材料假定與母材一致。
【專利摘要】本發明涉及一種焊點疲勞壽命預測方法，其特征在于：步驟1、整車建模，建立模塊化焊點有限元模型；步驟2、推導焊點疲勞壽命評價參量：平均應力強度因子步驟3、對不同材料的點焊接頭進行系統的疲勞試驗，將與不同材料的點焊接頭的疲勞試驗數據進行回歸分析，得到不同材料點焊接頭曲線。本發明采用一種模塊化焊點模型來預測焊點疲勞壽命，在具體應用中只需將模塊化的焊點模型邊界單元的節點與焊接結構單元節點重合即可，提高整車建模中焊點建模的效率。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104573392
【申請號】CN201510040612
【發明人】宋凱, 錢濤, 李光耀, 成艾國, 姚威, 韓越
【申請人】湖南大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月27日