[发明专利]一种焊点疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种焊点疲劳寿命预测方法，其特征在于：

步骤1、整车建模，建立模块化焊点有限元模型；

其中：焊点的焊核使用两层实体单元模拟，每层由四个实体单元组成，形成一个等边八边形，直径取焊核的实际直径，焊核材料假定与母材一致；

在焊核区上下表面覆盖一层壳网格，将焊核周围的第一圈网格定义为焊点热影响区，沿焊点直径方向上的宽度取2mm，焊点热影响区材料厚度、类型与焊接母材一致；

步骤2、推导焊点疲劳寿命评价参量：平均应力强度因子

平均应力强度因子推导过程如下：

(1)通过CAE分析可得到不同工况条件下整车模型中焊点焊核周围各节点的节点力和力矩，并通过坐标变换转化为各节点局部坐标系下的节点力F_x、F_y、F_z和节点力矩M_x、M_y、M_z；

(2)将节点力F_x、F_y、F_z转换为线性力f_x、f_y、f_z，节点力矩M_x、M_y、M_z转换为线性力矩m_x、m_y、m_z；

(3)推算相应节点处结构应力σ_m、σ_b，其中，由焊点周围各节点的线性力和力矩，按式(2)得到相应节点处的结构应力：

σ_m＝f_y/t

σ_b＝6m_x/t²(2)

式中，σ_m为焊点周围各节点处的膜应力，σ_b为焊点周围各节点处的弯应力，f_y、m_x分别为局部坐标系下y、x方向上的线性力和力矩，t为焊接母板的厚度；

(4)对节点处结构应力进行裂纹扩展角α的修正，其中，经过焊点实际裂纹扩展角度α修正的结构应力：

σ_mxz＝(f_y sinα-f_z cosα)sinα/t

σ_bxz＝6m_x sinα²/t²(3)

式中，σ_mxz为经过α修正的膜应力，σ_bxz为经过α修正的弯应力，t为焊接母板厚度，α为实际的裂纹扩展角度，f_y、f_z、m_x分别为局部坐标系下y、z、x方向上的线性力和力矩；

(5)对膜应力的应力强度因子ΔK_m、弯应力的应力强度因子ΔK_b、总应力强度因子ΔK进行推算，其中总应力强度因子：

$\mathrm{\Δ}K={\mathrm{\ΔK}}_m+{\mathrm{\ΔK}}_b=\sqrt{\mathrm{\π}a}\[{\mathrm{\σ}}_{mxz}{f}_m\left(\frac{a}{t_r}\right)+{\mathrm{\σ}}_{bxz}{f}_b\left(\frac{a}{t_r}\right)\]---\left(4\right)$

式中：ΔK_m为对应膜应力的应力强度因子，ΔK_b为对应弯应力的应力强度因子，ΔK为总应力强度因子，为应力强度因子对应膜应力的几何修正系数，为应力强度因子对应弯应力的几何修正系数；

(6)对平均应力强度因子进行推算，取裂纹在板厚方向上扩展过程中的平均应力强度因子作为焊点疲劳寿命的评价参量：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}K}={\∫}_{\frac{a}{t}=0}^{\frac{a}{t}=1}\mathrm{\Δ}Kd\frac{a}{t}={\∫}_{\frac{a}{t}=0}^{\frac{a}{t}=1}\sqrt{\mathrm{\π}a}\[{\mathrm{\σ}}_{mxz}{f}_m\left(\frac{a}{t}\right)+{\mathrm{\σ}}_{bxz}{f}_b\left(\frac{a}{t}\right)\]d\frac{a}{t}---\left(7\right)$

经计算得到：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}K}=\sqrt{t/sin\mathrm{\α}}(32.87{\mathrm{\σ}}_{mxz}+11.87{\mathrm{\σ}}_{bxz}).---\left(8\right)$

步骤3、对不同材料的点焊接头进行系统的疲劳试验，将与不同材料的点焊接头的疲劳试验数据进行回归分析，得到不同材料点焊接头曲线。