车身结构中焊点疲劳寿命预估.pdf

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1、万方数据·材料·工艺·设备·车身结构中焊点疲劳寿命预估朱涛高峰刘国良(北京航空航天大学)【摘要】采用焊点疲劳寿命预估方法，通过有限元分析并结合应力计算，即可计算出实际载荷工况下的焊点疲劳损伤。采用该方法对某轿车B柱结构焊点的寿命进行了预估，得出了各焊点的损伤和寿命分布情况，并预测出发生失效的部位为B柱与上横梁相交处，预测结果与实际发生的损坏部位一致。主题词：车身点焊疲劳寿命计算，中图分类号：U461．91文献标识码：A文章编号：1000—3703(2006)02—0037—03Pre-Estimation

2、ofFatigueLifetimeofWeldingSpotsofBIWsZhuTao，GaoFeng，LiuGuoliang(BeijingUniversityofAeronauticsandAstronutics)【Abstract]Withtheweldingspotfatiguelifetimepre—estimationmethod，bycombinationofthefiniteelementanaly·sisandstresscalculation，theweldingspotfatigue

3、damageunderactualloadcanbecalculated．Withthismethod，lifetimeofweldingspotsoftheB-pillarofacarwaspre-estimated，anddamageofdifferentweldingspotsandlifetimedistributionwereobtained，anditwaspredictedthatfailurewilloccuratintersectionoftheB-pillarandtheuppercr

4、oss-member．Thepredicatedresultisconformabletothatofactualdamage．Keywords：Body，Weldingspot，Fatiguelifetime，Calculation1前言点焊作为一种高效的连接方式广泛应用于汽车零部件和整车的制造过程中，在很大程度上促进了现代工业的发展。但由于焊接的特性，经大量试验表明，与母材相比，焊接连接会大大降低整个结构的抗疲劳破坏的性能，这使得通过点焊连接的结构在工作期间常常在焊接处发生失效破坏，进而造成事故的发生

5、。而且进行点焊连接的设备和工艺较复杂，加工成本很高¨1。所以，如果能在设计的初期通过计算对焊点的疲劳寿命进行预测，了解整个结构上焊点的分布情况，就可以对实际工艺中焊点的个数、处理方式进行合理的调整，以提高产品的疲劳性能，并降低制造成本。此计算和分析具有工程实际意义。针对汽车某部件的点焊连接，通过一套以完整的、经过工程检验的理论为基础的分析程序，对其焊点的疲劳寿命进行了详细计算和分析。2焊点疲劳寿命计算2．1焊点疲劳寿命计算原理由于焊接形式的多样性，且对于不同加载工况下载荷参数的不易确定性，对焊接疲劳强度的

6、研究2006年第2期方法也各有不同。Radaj和Sheppard21通过研究指出，在不同结构和不同载荷形式下的焊点疲劳耐久性，可以通过对焊点周围板上局部应力进行数值计算分析的方法来方便地评估。Ruppc31等人则描述了如何计算这些结构应力，并基于最大、最小应力和一个载荷谱对焊点进行疲劳寿命计算。本文应用的计算程序与Rupp等人的工作成果相似，不同的是结构应力通过有限元方法计算，并进一步把静态、瞬态、模态结果也应用到焊点疲劳寿命计算中。对于有限元模型，要求用垂直于两连接板的剐性梁单元来模拟焊点，而两连接板用

7、位于板中面的壳单元来模拟，如图1所示。经梁单元传递的力和力矩被用来计算焊核和连接板周围的结构应力，依此通过S一Ⅳ法预测焊点的疲劳寿命。其中梁单元的直径即为实际的焊核直径，梁单元附近的壳单元网格无需特殊细化，保证梁单元的足够连接刚度即可。经验表明，焊点周围的壳单元尺寸为焊核直径的两倍以上时能满足要求。2．2计算结构应力图2所示为典型的点焊连接件。通过有限元方法来计算结构应力时，模拟焊核的刚性梁单元长度为0．5(s。+s：)，其中s。和s：分别为板l和板2的厚一37—万方数据·材料·工艺·设备·度，点1和点2

8、分别为梁单元在两层壳单元上的端点，点3为焊核中心线与两板连接面的交点。所有的力和力矩按图2坐标系对应计算。图1焊点有限元模型示意I}j—————·-YX——。0、心2＼＼!／点一一一＼≮。，一+—鬟蘩囊辩一．⋯j卜-一一一一一，—誊嚣融，一*一·

9、板2板ll到2典型点焊连接件从计算所得的数据结果文件中分别提取点1、点2、点3的力E、E、E和弯矩魍、眠、必，依此来计算板1和板2内表面以及焊核与两板交接点处的结构应力(沿焊核圆周方