[发明专利]一种焊点疲劳寿命预测方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种焊接疲劳失效预测，尤其涉及一种焊点疲劳寿命预测方法。

背景技术

电阻点焊是汽车装配中传统的焊接工艺，汽车中大部分部件之间的连接接头形式是按照电阻点焊要求来设计的，而且电阻点焊非常适用于车身这种薄板结构的搭接。据统计大约50％的汽车结构的疲劳问题和焊点有关，大约80％的车身疲劳问题和焊点有关，因此可以说焊点的疲劳强度决定了汽车构件的耐久性。因此，在设计的早期运用计算机辅助分析的手段，对车身焊点进行疲劳寿命预测，对于有效降低生产成本，缩短汽车设计开发周期，提高产品的质量有着重要的现实意义。

目前，焊点疲劳寿命预测主要有两种方法：一种是基于力的LBF法，该方法采用梁单元模拟焊核，通过作用在焊核梁单元上的力和力矩，按照一定的数学公式推算焊接板材上的结构应力来评价焊点疲劳寿命，由于梁单元不能传递壳单元上的扭转力矩，且结构应力的计算采用较多的经验参数，因此预测精度较低；另一种是基于应力的LMS预测方法，该方法采用非常精细化的焊点模型，直接通过有限元计算焊接板材的局部应力来预测焊点疲劳寿命，具有一定的预测精度，但应用于整车的焊点疲劳预测中，则建模和计算效率偏低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的焊点疲劳预测方法所存在的预测精度偏低、建模和计算效率偏低等问题。

本发明的技术方案是提供了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；

步骤2、推导焊点疲劳寿命评价参量：平均应力强度因子

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。

进一步地，步骤2中，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：