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厚度比對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞和有限元壽命評(píng)估準(zhǔn)則的影響

在實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的同時(shí)，還需要使汽車保持足夠的疲勞壽命。在現(xiàn)在汽車制造過程中，焊接結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于整車來說，焊接結(jié)構(gòu)往往是整車的關(guān)鍵點(diǎn)，其上一個(gè)小的缺陷都可能導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，因而需要對(duì)焊接處的疲勞特性進(jìn)行分析。對(duì)焊接處疲勞壽命的研究基于以往結(jié)構(gòu)失效的經(jīng)驗(yàn)或基于真實(shí)的疲勞試驗(yàn)。但是前者精度較低，后者經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)、成本高。因而，文中利用有限元方法對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行研究，同時(shí)分析構(gòu)件不同厚度比對(duì)疲勞壽命的影響，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的主要因素包括：焊接處的幾何形狀、焊接尺寸、基體材料厚度比、焊接位置、焊趾、牙側(cè)角、焊接方法、冷加工工藝、加載歷史、腐蝕性環(huán)境、設(shè)計(jì)規(guī)范等。為了減少建模的復(fù)雜性和計(jì)算時(shí)間，在有限元分析中沒有對(duì)影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的各種影響因素進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析了基體材料厚度比對(duì)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。有限元分析時(shí)，建立汽車底盤某處T形管狀連接的有限元模型，對(duì)于管壁厚度分別設(shè)定為1.6、2、2.5mm。由于所模擬的T形管由2個(gè)直管構(gòu)成，因而3種不同厚度的直管，兩兩結(jié)合形成了9種不同的類別。保持其它參數(shù)相同，分別對(duì)這9種類別進(jìn)行模擬。設(shè)定載荷為1.45～2.0kN，加載頻率為4Hz。試驗(yàn)時(shí)，采用相同的材料及焊接方式，制造出相應(yīng)不同類別的樣品，在焊接疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行疲勞壽命的測(cè)試，保持相同的負(fù)荷條件。仿真和試驗(yàn)結(jié)果均顯示：①厚度比對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命具有顯著影響；②T形管兩直管厚度分別為2.0mm和1.6mm 或2.0mm和2.5mm時(shí)，焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命最高。

Govardan Daggupati et al. SAE 2015-32-0717.

編譯：李臣