朱大业

(上海理工大学 机械工程学院，上海 200093)

基于焊点失效的焊接结构有限元建模方法

朱大业

(上海理工大学 机械工程学院，上海 200093)

针对典型的焊接结构，研究有限元建模方法和失效模式。设计一种搭接剪切实验和拉伸剥离实验，对电阻点焊的失效机理和失效模式进行研究，建立结构失效准则。在实验的基础上，分别应用刚体单元、梁单元和实体单元对焊接结构进行有限元建模。从母材变形以及力和力矩的传递方面，分析比较不同建模单元对仿真精度的影响。并得出运用实体单元焊点建模仿真精度最高，仿真结果与拉伸剪切实验和拉伸剥离实验结果的误差分别为3.1%和3.4%，能够较好地反映母材的变形以及力和力矩的传递。

电阻点焊；失效准则；焊点模型；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

焊接结构作为现代连接母材的一种技术，已广泛应用于汽车、船舶、机械制造以及航天航空中[1]，其力学性能的好坏将影响着连接件的使用。针对焊接结构力学性能分析方法研究，传统上是基于物理实验的基础上进行的，这样延长了设计周期及耗费大量人力物力和财力。随着应用有限元方法对焊接结构进行的研究成为主流[2]。探索一种精确而高效的焊接结构有限元建模方法及失效模式，将对焊接结构在工程上的应用带来帮助。

焊接结构的建模方法关系到仿真的精度、建模时间以及计算量的大小，建模方法处理不当甚至会造成模型不能运算。目前常见的焊点建模方法主要有刚体单元(Rigid)，梁单元(Beam)以及实体单元(Solid)。……