基于攪拌摩擦焊的鎂合金焊接接頭疲勞壽命預(yù)測

輕量化材料應(yīng)用在汽車上，能夠減輕汽車質(zhì)量，提高汽車燃油效率。常用的輕量化材料包括鎂合金材料和鋁合金材料。對這些輕量化材料的連接常采用攪拌摩擦焊，對攪拌摩擦焊焊接接頭的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，逐漸成為汽車制造行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。目前，常用的疲勞壽命預(yù)測方法包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法和最大主應(yīng)力方法，兩種方法均通過生成焊接接頭處的應(yīng)力-應(yīng)變（S-N）曲線進(jìn)行有限元分析預(yù)測。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法采用網(wǎng)格不敏感的計(jì)算方法生成S-N曲線，有限元分析時采用三維殼單元表示焊接接頭。最大主應(yīng)力方法是將焊接接頭的最大主應(yīng)力作為疲勞損傷的參考量生成S-N曲線，其在有限元分析時將焊接接頭表示為TIE接觸。以汽車前懸架減振支架為例對這兩種方法進(jìn)行對比。首先，建立前懸架減振支架的有限元模型，不同部位的材料屬性設(shè)定為AM60或AM30鎂合金，劃網(wǎng)格時，將網(wǎng)格尺寸設(shè)定為5mm。然后，應(yīng)用HyperMesh（非常強(qiáng)大的有限元前后處理軟件）軟件對前懸架減振支架的有限元模型進(jìn)行前處理，采用有限元分析軟件作為有限元分析的求解器。最后，分別采用結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法和最大主應(yīng)力方法對其疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測。為了對所提出兩種方法的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比，對前懸架減振支架進(jìn)行疲勞壽命循環(huán)測試，測試時的循環(huán)應(yīng)力比設(shè)定為0.1，當(dāng)循環(huán)加載次數(shù)大于500萬次時，則認(rèn)為不會出現(xiàn)失效。對比有限元分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果顯示：最大主應(yīng)力方法對疲勞壽命的預(yù)測更為精確，但其精度取決于有限元網(wǎng)格的劃分；而結(jié)構(gòu)應(yīng)力方法是一種網(wǎng)格不敏感的方法，預(yù)測精度具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

HongTae Kang et al.SAE

2016-01-0386.

編譯：王祥