中文字幕一级黄色A级片|免费特级毛片。性欧美日本|偷拍亚洲欧美1级片|成人黄色中文小说网|A级片视频在线观看|老司机网址在线观看|免费一级无码激情黄所|欧美三级片区精品网站999|日韩av超碰日本青青草成人|一区二区亚洲AV婷婷

摘要：針對熱成形鋼與Q345 鋼焊接接頭的疲勞特性開展分析研究和試驗驗證。使用HyperLife 軟件搭建了疲勞分析模型，并通過試驗對仿真分析結(jié)果進行了驗證。結(jié)果表明：仿真分析結(jié)果與試驗結(jié)果具有較好的一致性，在焊接接頭處未出現(xiàn)由于應(yīng)力集中導(dǎo)致的接頭過早疲勞失效的問題。并進一步研究了相近疲勞壽命下熱成形鋼的減重效果，與Q345 鋼相比，熱成形鋼能夠減重約6.7%。

 

關(guān)鍵詞：熱成形鋼；焊接；疲勞；仿真分析

 

引言

 

汽車輕量化技術(shù)對提高新能源汽車?yán)m(xù)駛里程、降低燃油車油耗、減少車輛使用中的碳排放具有重要意義[1]。熱成形鋼具有1.5 GPa 以上的高強度，且易于成形各種復(fù)雜形狀的零部件，在輕量化車身中廣泛應(yīng)用[2]。

 

目前，關(guān)于等強度同種金屬之間的焊接研究已經(jīng)比較深入[3-4]，但對于強度差異較大的兩種金屬之間的焊接接頭研究還比較少。在汽車前后防撞梁系統(tǒng)中，為了保證防撞橫梁較高的抗彎能力以及輕量化要求，防撞橫梁常采用熱成形材料；而為了保證防撞橫梁較好的潰縮性能效果，吸能盒通常采用中等強度鋼；此外，拖鉤套等機加件通常也采用中等強度鋼。對于熱成形鋼與中等強度鋼的焊接接頭區(qū)域，由于零部件之間的強度差異比較大，在受力過程中可能出現(xiàn)變形不協(xié)調(diào)的情況，在焊接接頭的薄弱區(qū)域也可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，最終導(dǎo)致連接區(qū)域出現(xiàn)疲勞失效的問題。

 

針對上述風(fēng)險，本文通過對比研究熱成形鋼+Q345焊接樣件與Q345+Q345 焊接樣件的疲勞壽命差異，驗證熱成形鋼在防撞梁等車身零部件應(yīng)用場景中是否存在較高的疲勞失效風(fēng)險，為熱成形材料在汽車車身輕量化中的應(yīng)用提供參考。

 

1、 仿真分析模型建立

 

1.1 研究對象結(jié)構(gòu)形式

本文選取常見的T 型焊接接頭作為研究對象，在現(xiàn)有熱成形產(chǎn)品中截取典型區(qū)域作為測試件，用于疲勞仿真分析。為了進行對比研究，中等強度鋼采用Q345 板材，并將其成形為同樣形狀的零部件，連接板采用Q345 板材。測試件與連接板厚均為3 mm，測試件與連接板之間采用氣體保護焊，焊絲選用JQ.MG50-6。研究對象整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

 

圖1 研究對象整體結(jié)構(gòu)示意

 

1.2 模型網(wǎng)格劃分

使用HyperMesh 軟件建立有限元分析模型，網(wǎng)格尺寸約3 mm。完成后的有限元網(wǎng)格模型如圖2 所示。

 

圖2 有限元網(wǎng)格模型

 

1.3 模型材料設(shè)置

對于鋼制材料，其硬度與強度之間存在相關(guān)關(guān)系，一般來說同種材料硬度越高，其屈服強度也越高[5]。為了準(zhǔn)確描述焊接接頭的材料特性，通過顯微硬度測試，獲得焊接接頭區(qū)域的硬度分布情況，本文近似認(rèn)為焊接區(qū)域材料強度與硬度滿足比例關(guān)系，通過熱影響區(qū)硬度與母材硬度比例，根據(jù)母材性能計算得到熱影響區(qū)材料性能。

 

焊接接頭可劃分為5 個區(qū)域，分別為測試件母材、測試件熱影響區(qū)、焊縫區(qū)、連接件熱影響區(qū)、連接件母材，焊接接頭區(qū)域劃分如圖3 所示。焊縫區(qū)域材料硬度偏高且材料堆積，在仿真分析中使用剛性連接對焊縫做近似處理。

 

圖3 焊接接頭區(qū)域劃分

 

測試件為熱成形鋼的焊接接頭各區(qū)域顯微硬度測試結(jié)果如圖4a 所示，測試件為Q345 的焊接接頭各區(qū)域顯微硬度測試結(jié)果如圖4b 所示。從圖中可以看出，熱影響區(qū)寬度約2 mm，熱成形材料的熱影響區(qū)性能有所降低，Q345 材料的熱影響區(qū)性能變化不明顯。

 

圖4 焊接接頭各區(qū)域顯微硬度測試結(jié)果

 

根據(jù)焊接接頭的硬度分布，在仿真分析模型中將靠近焊縫的一排網(wǎng)格設(shè)置為熱影響區(qū)，熱影響區(qū)設(shè)置如圖5所示。

 

圖5 熱影響區(qū)設(shè)置

 

熱成形母材與Q345 母材的材料性能由拉伸試驗獲得，熱影響區(qū)材料性能根據(jù)顯微硬度測試結(jié)果計算獲得。由于Q345 母材與熱影響區(qū)材料性能差異不大，因此均按Q345 母材設(shè)置。材料力學(xué)性能參數(shù)見表1。

 

表1 材料力學(xué)性能參數(shù)

 

1.4 準(zhǔn)靜態(tài)模型分析

使用ABAQUS軟件對仿真分析模型進行準(zhǔn)靜態(tài)分析，模型約束和加載如圖6 所示。連接件兩個安裝孔固定，測試件上部加載7 kN 載荷。

圖6 模型約束和加載

 

準(zhǔn)靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)變分布云圖如圖7 所示。從圖中可以看出，在焊接接頭周邊區(qū)域存在一定的塑性變形。Q345 測試件的焊接接頭塑性應(yīng)變?yōu)?.004，熱成形測試件的焊接接頭塑性應(yīng)變?yōu)?.003，熱成形件焊接接頭塑性應(yīng)變偏小。此處并未出現(xiàn)由于連接件一側(cè)材料強度低，從而導(dǎo)致應(yīng)力和變形集中的情況。

圖7 準(zhǔn)靜態(tài)分析結(jié)果應(yīng)變分布云圖

 

微小單元變形分析如圖8 所示，選取焊接接頭區(qū)域的一個微小單元進行分析可知，在上述受力狀態(tài)下，連接板在方向①受拉變形，由于材料的泊松效應(yīng)，其在方向②將收縮變形。當(dāng)測試件為熱成形材料時，由于其強度較高，限制了連接板在方向②上的收縮，進而導(dǎo)致連接板在方向①上的變形量減小。

 

圖8 微小單元變形分析

 

1.5 疲勞仿真分析

考慮到產(chǎn)品在準(zhǔn)靜態(tài)分析中已出現(xiàn)輕微塑性變形，分析對象不滿足高周疲勞條件，因此仿真分析中將使用E-N曲線，開展低周疲勞仿真分析[6]。將上述準(zhǔn)靜態(tài)分析結(jié)果導(dǎo)入HyperLife軟件，定義不同區(qū)域材料的E-N曲線如圖9所示。

 

圖9 不同區(qū)域材料的E-N 曲線

 

疲勞仿真分析結(jié)果如圖10 所示。由圖可知，疲勞風(fēng)險區(qū)集中在焊接接頭區(qū)域靠近連接件一側(cè)。熱成形測試件的疲勞壽命為5 478 次，Q345 測試件的疲勞壽命為3 550 次，熱成形測試件的疲勞壽命較高。這主要是因為熱成形焊接接頭區(qū)域應(yīng)變較小，因此疲勞壽命較高。

 

圖10 疲勞仿真分析結(jié)果

 

2、 仿真模型驗證

 

使用疲勞試驗機開展疲勞試驗，樣件固定方式如圖11 所示。當(dāng)加載頻率為2 Hz、載荷為7 kN 時，樣件疲勞壽命試驗結(jié)果見表2。試驗結(jié)果與仿真分析結(jié)果表現(xiàn)出相同的趨勢，即與Q345 測試件相比，熱成形測試件的疲勞壽命較高。

 

表2 樣件疲勞壽命試驗結(jié)果 單位：次

 

圖11 疲勞試驗樣件固定方式

 

疲勞仿真分析與試驗結(jié)果對比如圖12 所示。從圖中可以看出，疲勞仿真分析與試驗結(jié)果具有可比性。仿真分析結(jié)果略偏保守。

 

圖12 疲勞仿真分析與試驗結(jié)果對比

 

疲勞試驗開裂結(jié)果如圖13 所示。熱成形測試件與Q345 測試件的開裂形式相似。從圖中可以看出，樣件開裂位置集中在焊接接頭附近，這與仿真分析結(jié)果是一致的。

 

圖13 疲勞試驗開裂結(jié)果

 

通過疲勞壽命和開裂形式兩方面的對比驗證可知，疲勞仿真分析結(jié)果與實際試驗是相符的，可以進一步分析研究。

 

3、 熱成形鋼減重效果分析

 

在實際應(yīng)用中，產(chǎn)品的疲勞壽命一般有明確的指標(biāo)要求。本文通過調(diào)整測試件料厚的方式，分析對比了相近壽命下熱成形鋼的減重效果，不同料厚疲勞壽命對比結(jié)果見表3。

 

表3 不同料厚疲勞壽命對比

 

從分析結(jié)果來看，僅考慮產(chǎn)品疲勞壽命的情況下，熱成形鋼能夠減重約6.7%。

 

4、 結(jié)論

 

本文針對熱成形鋼與Q345 鋼之間的焊接接頭疲勞壽命進行了研究，搭建了疲勞壽命仿真分析模型，并通過樣件試驗對仿真分析結(jié)果進行了驗證，結(jié)論如下：

 

（1）仿真分析結(jié)果與模型具有較高的一致性，仿真分析結(jié)果偏保守。

 

（2）從仿真和試驗對比結(jié)果可以看出，與Q345+Q345 焊接接頭的疲勞壽命相比，熱成形鋼+Q345 焊接接頭的疲勞壽命略高，其原因主要在于熱成形材料強度較高，限制了焊接接頭的變形，其焊接接頭區(qū)域的應(yīng)變較小。

 

（3）進一步分析了相近疲勞壽命下的熱成形鋼減重效果，結(jié)果顯示相近疲勞壽命下，熱成形件減重約6.7%。

 

本文的研究主要針對熱成形防撞梁產(chǎn)品，是在熱成形防撞梁與拖鉤套連接區(qū)域開展的，重點關(guān)注了T 型焊接接頭。下一步將針對點焊接頭開展進一步研究，為熱成形鋼在白車身等其他產(chǎn)品中的應(yīng)用提供參考。

 

來源：期刊-《汽車零部件》作者：呂增偉1,2，吳文珍1,2，李彥波1,2，耿曉勇1,2，李月1,2，劉永昌1,2，劉新良1,2

 

1.凌云工業(yè)股份有限公司，河北涿州 072761；2.河北省汽車安全件技術(shù)創(chuàng)新中心，河北涿州 072761