動(dòng)力總成安裝支架焊接疲勞壽命預(yù)測(cè)

傳統(tǒng)汽車(chē)動(dòng)力總成的安裝支架包含沖壓金屬件或薄板金屬件，通過(guò)焊接的方式連接在汽車(chē)上。安裝支架在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中需要承受動(dòng)力總成和路面不平帶來(lái)的變負(fù)荷沖擊。在此沖擊下，往往會(huì)造成安裝支架的斷裂，而斷裂是否發(fā)生完全取決于焊接點(diǎn)的焊接強(qiáng)度。若能對(duì)焊接點(diǎn)的斷裂進(jìn)行預(yù)測(cè)，即實(shí)現(xiàn)安裝支架疲勞壽命的預(yù)測(cè)，則能夠在早期設(shè)計(jì)階段滿(mǎn)足汽車(chē)安全性要求。在過(guò)去的30年里，基于有限元方法開(kāi)發(fā)了多種用于薄板焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命計(jì)算的預(yù)測(cè)方法。然而，這些預(yù)測(cè)方法只適用于理想的負(fù)荷條件下，應(yīng)用范圍十分有限。若將這些預(yù)測(cè)方法應(yīng)用到真實(shí)焊接結(jié)構(gòu)和負(fù)荷條件下，則預(yù)測(cè)精度還需要提高。

預(yù)測(cè)結(jié)果與真實(shí)結(jié)果存在差異主要緣于，焊接往往造成焊接處附近區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生局部拉伸和殘余應(yīng)力，使焊接處材料的機(jī)械特性發(fā)生改變。因而，對(duì)焊接處進(jìn)行有限元分析時(shí)，必須考慮這些因素產(chǎn)生的影響。以商用車(chē)動(dòng)力總成安裝支架為例，在進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)前，必須得知?jiǎng)恿偝砂惭b支架所承受的變負(fù)荷，由此確定焊接處的應(yīng)力分布。通過(guò)安裝在汽車(chē)上的三軸加速器確定安裝支架上的變負(fù)荷。采用商業(yè)化軟件MSC/Nastran通過(guò)疊加法，考慮焊接處的局部拉伸和殘余應(yīng)力，對(duì)安裝支架進(jìn)行模態(tài)和瞬態(tài)分析，并計(jì)算相應(yīng)的模態(tài)應(yīng)力和模態(tài)參數(shù)，依次確定安裝支架的疲勞壽命。將預(yù)測(cè)結(jié)果與臺(tái)架測(cè)試結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者表現(xiàn)出良好的相關(guān)性，不僅對(duì)疲勞壽命的預(yù)測(cè)結(jié)果相同，對(duì)斷裂發(fā)生位置的預(yù)測(cè)結(jié)果也相同。

Edinilson Alves Costa et al.SAE 2016-36-0149.

編譯：李臣