基于焊點失效的焊接結構有限元建模方法

朱大業

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

基于焊點失效的焊接結構有限元建模方法

朱大業

(上海理工大學 機械工程學院，上海 200093)

針對典型的焊接結構，研究有限元建模方法和失效模式。設計一種搭接剪切實驗和拉伸剝離實驗，對電阻點焊的失效機理和失效模式進行研究，建立結構失效準則。在實驗的基礎上，分別應用剛體單元、梁單元和實體單元對焊接結構進行有限元建模。從母材變形以及力和力矩的傳遞方面，分析比較不同建模單元對仿真精度的影響。并得出運用實體單元焊點建模仿真精度最高，仿真結果與拉伸剪切實驗和拉伸剝離實驗結果的誤差分別為3.1%和3.4%，能夠較好地反映母材的變形以及力和力矩的傳遞。

電阻點焊；失效準則；焊點模型；有限元模型

AbstractConsider the typical welding structure, particularly its finite element modeling method and failure mode. A lap-shear experiment and tensile-peel experiment are designed to study the failure mechanism and failure mode of resistance spot weld in order to establish the failure criterion in welding structure. On the basis of experiment, the rigid body element, beam element and solid element are utilized separately in the finite element modeling of spot weld. The concern is to compare the simulation accuracy of different modeling element from the deformation of parent metal and the transfer of force and moment. The results show that the simulation accuracy of the solid element is better, the error of lap-shear experiment and tensile-peel experiment between test and simulation are 3.1% and 3.4%, which can reflect the deformation of the parent metal and the transmission of the force and moment accurately.

Keywordsresistance spot weld;failure criterion;spot weld modeling;finite element model

焊接結構作為現代連接母材的一種技術，已廣泛應用于汽車、船舶、機械制造以及航天航空中[1]，其力學性能的好壞將影響著連接件的使用。針對焊接結構力學性能分析方法研究，傳統上是基于物理實驗的基礎上進行的，這樣延長了設計周期及耗費大量人力物力和財力。隨著應用有限元方法對焊接結構進行的研究成為主流[2]。探索一種精確而高效的焊接結構有限元建模方法及失效模式，將對焊接結構在工程上的應用帶來幫助。

焊接結構的建模方法關系到仿真的精度、建模時間以及計算量的大小，建模方法處理不當甚至會造成模型不能運算。目前常見的焊點建模方法主要有剛體單元(Rigid)，梁單元(Beam)以及實體單元(Solid)。……