汽車結(jié)構(gòu)件插入焊接的疲勞壽命預(yù)測

汽車結(jié)構(gòu)件插入焊接的疲勞壽命預(yù)測

改善燃料消耗是汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化是改善燃料消耗的關(guān)鍵策略。在汽車上應(yīng)用輕質(zhì)材料（如鋁合金、鎂合金等）需要開發(fā)新型連接工藝，以實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)中異種材料的連接。目前，出現(xiàn)一種插入焊接的新型連接方法，該方法結(jié)合了電阻點(diǎn)焊和自沖鉚接。在實(shí)際應(yīng)用時，還需要對焊接處的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，保證汽車結(jié)構(gòu)的安全性。

插入焊接是將待連接的兩個金屬板件重疊，并分為上層板件和下層板件。焊接時，首先利用自沖鉚接技術(shù)刺穿上層板件，之后采用電阻點(diǎn)焊將鉚釘與下層板件連接。對插入焊接疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測時，以汽車前避震塔結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行。預(yù)測前，需要獲得插入焊接接頭的加載壽命曲線。該曲線通過疲勞循環(huán)測試獲得。試驗(yàn)時，選擇HSLA350鋼板和AM60鑄造鎂合金兩種材料。所制造金屬板件試樣長度均為75mm、寬度均為30mm。將HSLA350鋼板作為上層板件，厚度設(shè)為1.0mm，將AM60鑄造鎂合金作為下層板件，厚度設(shè)為3.1mm。將兩種板件式樣重疊30mm進(jìn)行插入焊接，得到待測試的焊接試樣。對焊接試樣進(jìn)行循環(huán)應(yīng)力比為0.1的疲勞壽命測試，循環(huán)次數(shù)超過500萬次，則認(rèn)為焊接試樣不會發(fā)生疲勞損傷。通過疲勞測試獲得焊接接頭的加載壽命曲線。在有限元軟件中建立汽車前避震塔結(jié)構(gòu)模型，對焊接處的模擬采用區(qū)域接觸模型（ACM），網(wǎng)格劃分的網(wǎng)格尺寸設(shè)定為5mm，最后進(jìn)行汽車前避震塔有限元分析。將分析結(jié)果與真實(shí)的汽車前避震塔使用壽命進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)測結(jié)果高于實(shí)際結(jié)果，但誤差較小，能夠滿足疲勞壽命預(yù)測精度的要求。

HongTae Kang et al.SAE

2016-01-0392.

編譯：王祥