基于Battelle結(jié)構(gòu)應(yīng)力法的自沖鉚接疲勞特性分析

改善燃料效率、降低溫室氣體排放始終是汽車行業(yè)發(fā)展的重要方向。通過采用鋁合金材料、鎂合金材料替代原本的鋼材實現(xiàn)汽車輕量化，能夠很好地實現(xiàn)燃料效率提高和溫室氣體排放降低，而這將涉及到異種金屬的連接。由于傳統(tǒng)的電阻點焊在實現(xiàn)異種金屬的連接時焊點處的疲勞壽命較低，因此近些年開始使用自沖鉚接技術(shù)，以更好地實現(xiàn)異種金屬材料的連接。為了更好地了解自沖鉚接帶來的焊點處疲勞壽命增加，以優(yōu)化汽車設(shè)計，需要對自沖鉚接連接處的疲勞特性進行深入研究。

傳統(tǒng)上，常采用網(wǎng)格不敏感Battelle結(jié)構(gòu)應(yīng)力法對熔焊或攪拌摩擦焊連接處的疲勞特性進行分析。該方法通過作用在所連接金屬材料上的節(jié)點力，求解連接處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，從而更好地表征連接處影響疲勞特性的應(yīng)力狀態(tài)。將該方法應(yīng)用在自沖鉚接疲勞特性的分析中，得到各種自沖鉚接的主應(yīng)力-應(yīng)變（S-N）曲線。利用有限元分析方法對包含5系列、6系列鋁合金板件和5系列鋼材板件的異種連接組合進行失效分析，板件厚度設(shè)定為1～3mm、失效時的加載模式（循環(huán)應(yīng)力比）設(shè)定為0～0.5。有限元分析時，由于Battelle結(jié)構(gòu)應(yīng)力法對有限元網(wǎng)格不敏感，因而對模型網(wǎng)格的要求較低，且只需要關(guān)注節(jié)點力和力矩的作用。利用得到的疲勞試驗有限元數(shù)據(jù)擬合，從而得到適合于各種異種金屬組合、不同板件厚度和加載模式的主SN曲線。應(yīng)用時，將整車金屬板件設(shè)定為殼單元，將自沖鉚接設(shè)定為梁單元，不需要關(guān)心具體的連接形式，只需要根據(jù)主S-N曲線，便能夠?qū)崿F(xiàn)對整車焊點處自沖鉚接疲勞特性的有效分析。

Andrew Cox et al.SAE

2016-01-0384.

編譯：王祥