厚度比对焊接结构疲劳和有限元寿命评估准则的影响

在实现汽车轻量化的同时，还需要使汽车保持足够的疲劳寿命。在现在汽车制造过程中，焊接结构已经得到了广泛的应用。对于整车来说，焊接结构往往是整车的关键点，其上一个小的缺陷都可能导致灾难性的事故，因而需要对焊接处的疲劳特性进行分析。对焊接处疲劳寿命的研究基于以往结构失效的经验或基于真实的疲劳试验。但是前者精度较低，后者经历时间长、成本高。因而，文中利用有限元方法对焊接结构的疲劳寿命进行研究，同时分析构件不同厚度比对疲劳寿命的影响，并通过试验进行验证。

影响焊接结构疲劳寿命的主要因素包括：焊接处的几何形状、焊接尺寸、基体材料厚度比、焊接位置、焊趾、牙侧角、焊接方法、冷加工工艺、加载历史、腐蚀性环境、设计规范等。为了减少建模的复杂性和计算时间，在有限元分析中没有对影响焊接结构疲劳寿命的各种影响因素进行分析，重点分析了基体材料厚度比对焊接结构疲劳寿命的影响。有限元分析时，建立汽车底盘某处T形管状连接的有限元模型，对于管壁厚度分别设定为1.6、2、2.5mm。由于所模拟的T形管由2个直管构成，因而3种不同厚度的直管，两两结合形成了9种不同的类别。保持其它参数相同，分别对这9种类别进行模拟。设定载荷为1.45～2.0kN，加载频率为4Hz。试验时，采用相同的材料及焊接方式，制造出相应不同类别的样品，在焊接疲劳试验机上进行疲劳寿命的测试，保持相同的负荷条件。仿真和试验结果均显示：①厚度比对焊接结构的疲劳寿命具有显著影响；②T形管两直管厚度分别为2.0mm和1.6mm 或2.0mm和2.5mm时，焊接结构的疲劳寿命最高。

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

编译：李臣