點焊疲勞分析方法簡介

2021-02-24 模態空間

對於汽車白車身這種複雜結構，在有限元分析中，焊點通常是採用簡化模型來模擬，一般不會給出細化的三維網格，所以無法精確計算焊點應力。Rupp等人於1995年提出，用有限元法來進行非常詳細的應力分析通常是不現實的，因為過分精細的模型通常帶來高昂的費用。所以他們認為，在工程分析和結構設計中，與點焊接頭承載載荷直接相關的名義結構局部應力比精確計算的點焊應力更為實用。

為計算名義局部結構應力，可將點焊熔核看作梁單元，以有限元計算得到的梁單元截面力和力矩為輸入，利用梁和薄板理論計算名義局部結構應力。再利用試驗得到的名義結構局部應力和焊點疲勞壽命之間的關係曲線，就能計算出焊點的損傷值或壽命。因為這種方案是根據點焊熔核的單元力來計算疲勞壽命，所以通常稱為力法。

力法最開始是採用Nastran中的CBar來模擬點焊熔核，採用殼單元來模擬所焊接的鈑金件，CBar單元兩端用共節點的方式與殼單元連接。這種節點對節點方案增加了建模的工作量；並且因為CBar單元只連接到金屬板上的單個節點，嚴重低估了點焊的連接剛度，從而影響了焊點力的計算精度。

為減少建模工作量和更準確的模擬焊點連接剛度，ACM(Area Contact Methods)建模方案是更為合理的選擇。ACM方案主要包含三種建模方式：

1)     採用Cweld模擬點焊。

2)     採用Cbar和Rbe3模擬點焊。

3)     採用Chex實體單元和Rbe3模擬點焊。

利用有限元求解得到點焊熔核單元（Cweld、CBar或者Chex）所受的力和力矩後，就可採用半解析的方法計算點焊熔核周邊板材或熔核內部的局部名義結構應力。

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