基于攪拌摩擦焊的鎂合金焊接接頭疲勞壽命預測

基于攪拌摩擦焊的鎂合金焊接接頭疲勞壽命預測

輕量化材料應用在汽車上，能夠減輕汽車質量，提高汽車燃油效率。常用的輕量化材料包括鎂合金材料和鋁合金材料。對這些輕量化材料的連接常采用攪拌摩擦焊，對攪拌摩擦焊焊接接頭的疲勞壽命進行預測，逐漸成為汽車制造行業關注的重點。目前，常用的疲勞壽命預測方法包括結構應力方法和最大主應力方法，兩種方法均通過生成焊接接頭處的應力-應變（S-N）曲線進行有限元分析預測。

結構應力方法采用網格不敏感的計算方法生成S-N曲線，有限元分析時采用三維殼單元表示焊接接頭。最大主應力方法是將焊接接頭的最大主應力作為疲勞損傷的參考量生成S-N曲線，其在有限元分析時將焊接接頭表示為TIE接觸。以汽車前懸架減振支架為例對這兩種方法進行對比。首先，建立前懸架減振支架的有限元模型，不同部位的材料屬性設定為AM60或AM30鎂合金，劃網格時，將網格尺寸設定為5mm。然后，應用HyperMesh（非常強大的有限元前后處理軟件）軟件對前懸架減振支架的有限元模型進行前處理，采用有限元分析軟件作為有限元分析的求解器。最后，分別采用結構應力方法和最大主應力方法對其疲勞壽命進行預測。為了對所提出兩種方法的預測結果進行對比，對前懸架減振支架進行疲勞壽命循環測試，測試時的循環應力比設定為0.1，當循環加載次數大于500萬次時，則認為不會出現失效。對比有限元分析結果和試驗結果顯示：最大主應力方法對疲勞壽命的預測更為精確，但其精度取決于有限元網格的劃分；而結構應力方法是一種網格不敏感的方法，預測精度具有較強的穩定性。

HongTae Kang et al.SAE

2016-01-0386.

編譯：王祥