基于等效结构应力法的ST12点焊疲劳寿命分析

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1、基于等效结构应力法的ST12点焊疲劳寿命分析侯晓丹王瑞杰昆明理工大学机电工程学院摘要：对ST12低碳钢拉剪点焊试件进行不同载荷工况下恒幅疲劳加载试验。使用基于美国ASME标准下的结构应力法对ST12点焊模型验证网格不敏感特性。利用最小二乘法将不同载荷条件下计算的结构应力与相应试验疲劳寿命拟合出预测方程，利用预测方程估算出的预测寿命与主S-N曲线法的预测寿命对比分析。研究表明：对于ST12低碳钢拉剪点焊试件，在低载高周疲劳工况下，主S-N曲线法的预测寿命偏危险，基于结构应力法的预测方程较为适用。关键

2、词：ST12低碳钢;等效结构应力法;疲劳寿命预测;作者简介：侯晓丹（1991-），男，安徽淮南人，硕士研究生，研究方向为疲劳强度；作者简介：王瑞杰（1974-），男，河南潔河人，副教授。基金：国家自然科学基金资助项目（51065012）FatigueLifeAnalysisofST12SpotWeldingBasedonEquivalentStrueturalStressHOUXiao-danWANGRui-jieFacultyofMechanicalandElectricalEngineerin

3、g,KunmingUniversityofScienceandTechnology;Abstract：TheconstantloadfatiguetestofST12lowcarbonsteeltensilesheartestspecimenunderdifferentloadconditionsiscarriedout.BasedonthestructuralstressmethodunderASMEstandardinUSA,thegridinsensitivecharacteristicso

4、fST12spotweldingmodelareverified.Thepredictionequationofthestructuralstresscalculatedbythediffcrcntloadconditionsandthecorrespondingexperimentalfatiguelifeisanalyzedbytheleastsquaresmethod.Thepredictedlifeofthepredictedlifeiscomparedwiththepredictedli

5、feofthemainS~Ncurvemethod.TheresultsshowthatthepredictionlifeofthemainS-NcurvemethodisdangerousandthepredictionequationbasedonthestructuralstressmethodissuitablefortheST12lowcarbonsteeltensilesheartestspecimenunderthehighloadfatiguecondition.Keyword：S

6、T12lowcarbonsteel;equivalentstruetura’lstressmethod;fatiguelifeprediction;0引言电阻点焊作为连接车身薄板材料的一种技术工艺，现已广泛应用至汽车行业。而由于点焊结构的应力状态以及几何形状的共同影响，焊核周围应力集屮问题导致裂纹萌生较易发生在焊核周围。因此，在汽车实际行驶过程中受到路面颠簸等作用，随着时间推移，点焊结构承载强度严重影响着汽车质量安全问题。准确预测点焊结构的疲劳寿命并优化焊点结构布局、减少应力集中，成为目前汽车工业

7、设计的问题Z-O针对目前点焊结构疲劳寿命的评估方法，多数学者进行了深入研究。闫坤1±1将点焊试件有限元结果与英国BS7608标准提供的焊接接头S-N曲线进行分析预测。张宇宜等使用裂纹扩展方法对高强钢点焊接头进行寿命预测，并考虑高周疲劳下裂纹尖端塑性变形对点焊寿命的影响。王瑞杰宜对点焊接头损伤前以及损伤后两者固有频率变化作为疲劳损伤参量，与疲劳寿命建立演化方程评估点焊疲劳寿命。基于名义应力法Ill的点焊接头研究也较多，但由于其应力计算结果与网格划分大小具有不可分割的影响，因此，美国新奥尔良大学董平莎

8、固教授提岀一种网格不敏感的等效结构应力方法，极大解决了由于网格划分密度导致的网格敏感问题。本文首先对单点拉剪点焊疲劳试件施加恒幅疲劳加载，得到不同加载水平下的试件疲劳寿命。然后，对拉剪点焊试件划分三种不同网格密度进行有限元分析，定义焊核周围节点并计算出相应结构应力。利用不同载荷水平下的结构应力，建立恒幅加载下结构应力随疲劳寿命变化的演化方程，进行疲劳寿命的预测。依据演化方程得到的预测寿命与基于主S-N曲线法得出的预测寿命进行比较。1等效结构应力法1.1结构应力焊接接头由于经历局部冷