基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿命预测.docxVIP

第32卷第1期Vol.32?No.1

2011年1月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION

焊?接?学?报

January??2011

基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿命预测

??????孙成智,?曹广军

??????????(上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海?201804)

摘?要:采用基于等效结构应力的点焊疲劳寿命预测方法对搭接和剥离两种受力状态

下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟,运用简化粱单元、壳单元和刚性粱单元建立点

焊有限元模型,利用商业有限元软件进行线弹性分析获得点焊周边单元节点的节点力,

由节点力计算焊点周边单元的等效结构应力,根据单一主S-N曲线确定点焊疲劳寿命.

为了验证有限元建模及疲劳预测方法的可靠性,进行搭接和剥离两种受力状态的点焊

疲劳试验,结果表明,基于等效结构应力的电阻点焊疲劳预测方法具有较高精度,可以

用于车身零部件点焊疲劳寿命的预测.

关键词:疲劳寿命;数值模拟;点焊

中图分类号:TG404??文献标识码:A??文章编号:0253-360X(2011)01-0105-04孙成智

0?序??言

测方法的精度往往不高

[4],还不能满足车身开发的

要求.

采用基于等效结构应力的点焊疲劳寿命预测方电阻点焊结构具有质量轻、静强度高、可靠性

法,利用弹性粱单元、壳单元和刚性粱单元建立点焊

好、性能稳定和易于实现自动化等优点,在汽车工业

疲劳寿命预测的简化模型,通过线弹性有限元分析

中被广泛采用,是车身结构大量金属板件之间的主

获得点焊周边单元节点的节点力,用节点力得到焊

要连接方式.在典型的车身结构中,通常含有3000

点周边单元的结构应力,结构应力经过板厚和受力

～5000个焊点.焊点的疲劳强度决定了点焊构件

模式的校正得到等效结构应力,利用单一的主S-N

的耐久性.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曲线确定点焊疲劳寿命方法,利用该方法分别对搭

关.因此,在设计的早期运用计算机辅助分析的手

接和剥离两种受力条件下的点焊疲劳寿命进行预

段,对车身焊点进行疲劳寿命预测,对于有效降低测,试验结果和仿真结果的比较表明,基于等效结构

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[1].对于由大量分布焊点连接

[1].对于由大量分布焊点连接

应力的点焊疲劳寿命预测方法具有较高精度,可以

用于车身开发阶段的点焊疲劳寿命预测.

而成的车身来说,焊点有限元模型的模拟精度和建

1?点焊有限元建模模时间非常重要.由于碰撞分析和NVH(nosievi-

brationharshness)分析一般关注车身和整车的整体

结构特性,往往采用简化的点焊建模分析方法可以通常,采用基于应力的点焊疲劳预测方法需要

获得较好的精度[2].对于车身结构点焊疲劳寿命的

[2].对于车身结构点焊疲劳寿命的

获得准确的应力结果,由于点焊结构比较复杂,一

预测,目前,主要通常采用文献[3]提出基于力的点个点焊结构包括焊核、热影响区域、基材部分,各部

焊疲劳预测方法,该方法通常称为LBF(fraunhofer分材料性能与有较大差别,要获得较为准确的应力

institutfǜrbetriebsfestigkeit)法[3].这种方法有建模

[3].这种方法有建模

值往往需要建立详细焊点有限元模型.但是,由于

简单、计算快捷的优点,但是焊核周围单元的结构应车身通常有几千个焊点,每个焊点都建立详细有限

力大小对网格尺寸非常敏感,同时焊核的粱单元和

元模型进行整个白车身的应力和点焊疲劳寿命计

基板表面是否垂直对粱单元的截面力和力矩均有较

算,无论是从建模时间和计算时间来说都是不能接

大影响,所有这些问题都导致基于力的点焊疲劳预

受的[5].因此,如何采用简单的点焊有限元建模方

[5].因此,如何采用简单的点焊有限元建模方

式且能获得较为准确的点焊疲劳寿命成为众多学者

收稿日期:2009-09-27

研究的热点[6-8].

[6-8].

?焊?接?学?报第32卷

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图1为点焊有限元建模,其中上、下基板采用壳点的节点力和力矩输出,这些总体坐标下的节点力

单元,焊核采用弹性粱单元连接上下焊核的中心,

通过坐标变换变成点焊局部坐标下的节点力和力

粱单元材料属性同