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

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

在實現(xiàn)汽車輕量化的同時，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。對于整車來說，焊接結(jié)構(gòu)往往是整車的關(guān)鍵點，其上一個小的缺陷都可能導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，因而需要對焊接處的疲勞特性進(jìn)行分析。對焊接處疲勞壽命的研究基于以往結(jié)構(gòu)失效的經(jīng)驗或基于真實的疲勞試驗。但是前者精度較低，后者經(jīng)歷時間長、成本高。因而，文中利用有限元方法對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行研究，同時分析構(gòu)件不同厚度比對疲勞壽命的影響，并通過試驗進(jìn)行驗證。

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)計規(guī)范等。為了減少建模的復(fù)雜性和計算時間，在有限元分析中沒有對影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的各種影響因素進(jìn)行分析，重點分析了基體材料厚度比對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。有限元分析時，建立汽車底盤某處T形管狀連接的有限元模型，對于管壁厚度分別設(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。試驗時，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，在焊接疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行疲勞壽命的測試，保持相同的負(fù)荷條件。仿真和試驗結(jié)果均顯示：①厚度比對焊接結(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，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