基于Battelle结构应力法的自冲铆接疲劳特性分析

改善燃料效率、降低温室气体排放始终是汽车行业发展的重要方向。通过采用铝合金材料、镁合金材料替代原本的钢材实现汽车轻量化，能够很好地实现燃料效率提高和温室气体排放降低，而这将涉及到异种金属的连接。由于传统的电阻点焊在实现异种金属的连接时焊点处的疲劳寿命较低，因此近些年开始使用自冲铆接技术，以更好地实现异种金属材料的连接。为了更好地了解自冲铆接带来的焊点处疲劳寿命增加，以优化汽车设计，需要对自冲铆接连接处的疲劳特性进行深入研究。

传统上，常采用网格不敏感Battelle结构应力法对熔焊或搅拌摩擦焊连接处的疲劳特性进行分析。该方法通过作用在所连接金属材料上的节点力，求解连接处的结构应力，从而更好地表征连接处影响疲劳特性的应力状态。将该方法应用在自冲铆接疲劳特性的分析中，得到各种自冲铆接的主应力-应变（S-N）曲线。利用有限元分析方法对包含5系列、6系列铝合金板件和5系列钢材板件的异种连接组合进行失效分析，板件厚度设定为1～3mm、失效时的加载模式（循环应力比）设定为0～0.5。有限元分析时，由于Battelle结构应力法对有限元网格不敏感，因而对模型网格的要求较低，且只需要关注节点力和力矩的作用。利用得到的疲劳试验有限元数据拟合，从而得到适合于各种异种金属组合、不同板件厚度和加载模式的主SN曲线。应用时，将整车金属板件设定为壳单元，将自冲铆接设定为梁单元，不需要关心具体的连接形式，只需要根据主S-N曲线，便能够实现对整车焊点处自冲铆接疲劳特性的有效分析。

Andrew Cox et al.SAE

2016-01-0384.

编译：王祥