基于平均等效應(yīng)力強(qiáng)度因子的高強(qiáng)鋼焊縫疲勞壽命仿真預(yù)測(cè)研究.pdf

1、一般來講，焊接結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)靈活性大、密封性好、易于加工連接和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。焊接是汽車車廂、車架和底盤的主要連接方式，目前焊接結(jié)構(gòu)的鋼重量已占鋼鐵總產(chǎn)量的一半以上，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的這一比例甚至接近70％。焊縫作為焊接結(jié)構(gòu)主要組成部分，其疲勞壽命很大程度上決定了焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，汽車結(jié)構(gòu)中大約有90％的損壞是由疲勞導(dǎo)致的。因此在設(shè)計(jì)早期，利用CAE（計(jì)算機(jī)輔助分析）手段對(duì)焊縫疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)于

2、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。另一方面，隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，由此導(dǎo)致的能源短缺、環(huán)境污染等一系列問題日漸嚴(yán)重，因此“汽車減重，降低油耗，減少排放”成為汽車行業(yè)的關(guān)鍵所在。高強(qiáng)鋼憑借其自身的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為極具應(yīng)用前景的汽車輕量化材料，正逐步地替代傳統(tǒng)的低碳鋼成為汽車車身和某些底盤零部件的材料。本文正是在此背景下展開對(duì)高強(qiáng)鋼焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命仿真預(yù)測(cè)方法的研究。
　　目前普遍應(yīng)用的焊縫疲勞仿真分析方法主要有名義

3、應(yīng)力法和結(jié)構(gòu)應(yīng)力法，本文針對(duì)兩種方法的應(yīng)用局限性及未考慮剪切結(jié)構(gòu)應(yīng)力導(dǎo)致的預(yù)測(cè)精度不高等問題，提出了一種新的高精度焊縫疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。該方法以斷裂力學(xué)為理論基礎(chǔ)，通過計(jì)算得到整個(gè)裂紋擴(kuò)展路徑上的平均等效應(yīng)力強(qiáng)度因子-ΔKeq，并將其作為焊縫疲勞仿真分析方法的評(píng)價(jià)參數(shù)。對(duì)雙相鋼DP800GI和高強(qiáng)度低合金鋼HSLA350GI兩種高強(qiáng)鋼材料的搭接接頭進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，并與目前的名義應(yīng)力法和結(jié)構(gòu)應(yīng)力法進(jìn)行預(yù)測(cè)精度對(duì)比。本文主要內(nèi)容如下:

4、　　(1)介紹高強(qiáng)鋼焊接的研究現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要概述了目前主要的幾種焊縫疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，并概述了斷裂力學(xué)的理論基礎(chǔ)。
　　(2)介紹了傳統(tǒng)的焊縫建模方法并指出其模擬不精確、建模和計(jì)算效率較低等缺點(diǎn)，論述了本文中的焊縫建模方法。
　　(3)通過有限元提取焊縫周圍各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)力和力矩，計(jì)算出焊縫的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，接著推出平均應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔKeq，從而計(jì)算出整個(gè)裂紋擴(kuò)展路徑上的平均等效應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔKeq作為焊縫疲勞壽命預(yù)測(cè)的評(píng)價(jià)參數(shù)，