厚度比對焊接結構疲勞和有限元壽命評估準則的影響

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厚度比對焊接結構疲勞和有限元壽命評估準則的影響

在實現汽車輕量化的同時，還需要使汽車保持足夠的疲勞壽命。在現在汽車制造過程中，焊接結構已經得到了廣泛的應用。對于整車來說，焊接結構往往是整車的關鍵點，其上一個小的缺陷都可能導致災難性的事故，因而需要對焊接處的疲勞特性進行分析。對焊接處疲勞壽命的研究基于以往結構失效的經驗或基于真實的疲勞試驗。但是前者精度較低，后者經歷時間長、成本高。因而，文中利用有限元方法對焊接結構的疲勞壽命進行研究，同時分析構件不同厚度比對疲勞壽命的影響，并通過試驗進行驗證。

影響焊接結構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、牙側角、焊接方法、冷加工工藝、加載歷史、腐蝕性環境、設計規范等。為了減少建模的復雜性和計算時間，在有限元分析中沒有對影響焊接結構疲勞壽命的各種影響因素進行分析，重點分析了基體材料厚度比對焊接結構疲勞壽命的影響。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定為1.6、2、2.5mm。由于所模擬的T形管由2個直管構成，因而3種不同厚度的直管，兩兩結合形成了9種不同的類別。保持其它參數相同，分別對這9種類別進行模擬。設定載荷為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，制造出相應不同類別的樣品，在焊接疲勞試驗機上進行疲勞壽命的測試，保持相同的負荷條件。仿真和試驗結果均顯示：①厚度比對焊接結構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，焊接結構的疲勞壽命最高。

Govardan Daggupati et al. SAE 2015-32-0717.

編譯：李臣