基于激光螺旋焊接的汽車結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法

在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的早期階段，對(duì)汽車結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)能夠加速汽車新結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)。在汽車結(jié)構(gòu)中，焊接連接點(diǎn)是最容易發(fā)生失效的部位。采用傳統(tǒng)點(diǎn)焊進(jìn)行汽車結(jié)構(gòu)連接時(shí)，存在焊接時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，大型汽車制造企業(yè)開(kāi)始采用激光螺旋焊接。采用激光螺旋焊接時(shí)，從一個(gè)焊點(diǎn)到下個(gè)焊點(diǎn)的移動(dòng)速度很快，移動(dòng)速度是傳統(tǒng)點(diǎn)焊速度的2倍，因而該種焊接方法開(kāi)始得到應(yīng)用。該焊接技術(shù)同樣也需要對(duì)連接處的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。

與普通的激光焊接相比，激光螺旋焊接能夠防止焊縫處出現(xiàn)燒穿或孔洞，除可實(shí)現(xiàn)鋼制結(jié)構(gòu)件的連接，還能實(shí)現(xiàn)鋁合金結(jié)構(gòu)件的連接。激光螺旋焊接的一個(gè)顯著特征是在焊核周圍出現(xiàn)凹形下陷，這種凹形下陷可能對(duì)連接處的局部剛度產(chǎn)生影響。因而，對(duì)激光螺旋焊焊接連接處的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，必須考慮這一影響。進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)時(shí)，主要基于網(wǎng)格不敏感的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法和主應(yīng)力-應(yīng)變（S-N）曲線法來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先，通過(guò)對(duì)激光螺旋焊接連接的母材進(jìn)行疲勞測(cè)試，獲得主S-N曲線；之后，通過(guò)有限元方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分和求解，此時(shí)需要注意凹形下陷的存在；最后，通過(guò)結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法確定焊接連接處的應(yīng)力分布，確定連接處的疲勞壽命。通過(guò)將崎嶇道路的路面作為輸入，利用上述方法進(jìn)行整車結(jié)構(gòu)疲勞壽命的預(yù)測(cè)，證實(shí)了所提出預(yù)測(cè)方法的有效性。

Norihiko Sawa et al.SAE

2016-01-0394.

編譯：王祥