焊点疲劳分析原理与应用

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焊点疲劳性能直接关乎整车耐久性。因白车身结构庞大、焊点数量众多（可达数千个），焊点开裂在整车开裂比例很高。焊点的组成

• 点焊接头由焊核、热影响区和母材组成，它们具有不同的力学性能。

• 热影响区(Heat Affected Zone：HAZ)：受到焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。

一、焊点耐久分析方法

1、力法

聚焦点焊接头与承载载荷直接关联的名义结构局部应力，基于工程经验与简化假设，将焊点受力等效为剪力、拉力等宏观力分量。

2、应力法

以 应力强度因子（反映裂纹尖端应力场强弱，关联疲劳裂纹萌生扩展）作为损伤参数，需精准捕捉焊点及周边应力梯度，焊点周围网格必须细化（如采用实体单元、细化壳单元网格至几毫米级别）。

因力法的适用性较高，本文主要介绍基于力法的点焊疲劳分析。

二、基于力法点焊疲劳仿真计算流程

1、应力和节点力求解

采用惯性释放的方法进行单位力强度场计算。施力点中每个点将加载6个载荷（Fx、Fy、Fz、Mx、My和Mz）载荷为单位力和单位力矩。有限元求解中，输出GPFOECE和STRESS。

焊点连接钣金应力获取（点焊圆周角 θ 的函数）

横向力产生的最大径向应力

法向力产生的径向应力

熔核力矩产生的最大径向应力

• σ：径向应力
• Fx,Fy：横向载荷分量
• Fz：法向载荷
• Mx,My：作用在熔核上的力矩分量
• d：熔核直径
• t：板材厚度
• k1,k2：无量纲应力集中系数
• θ：点焊圆周角（定义应力位置）
  
  

焊核（point 3）的结构应力获取：

切应力：

正应力：

用绝对最大主应力作为焊核损伤参量，绝对值最大主应力：

2、疲劳S-N曲线：

焊核和母材具有不同的疲劳特性，对应的S-N曲线。

3、力-时间载荷

载荷谱的通道号与有限元模型工况编号必须一一对应。

4、Ncode流程中设置如下：

三、点焊有限元建模原则

• 采用 Rbe3-Bar-Rbe3或Rbe3-Hex-Rbe3方式；
• 对于焊接边要保证有三排单元，即以焊点为中心，周围保证有3×3的四边形单元矩阵；
• 对于每层金属板件，RBE3单元应只连接同一个四边形壳单元的四个节点，不要连接到多个壳单元；
• 焊点应尽量靠近壳单元中心，不要位于壳单元边缘或角点处；
• 焊点的RBE3应避免连接到焊接边的边缘、角点或内侧圆角区域；
• 不同焊点的RBE3必须分离开，不能有共用节点。