点焊构造的疲劳寿命预测方法技术

一种焊接构造的疲劳寿命预测方法，相对点焊构造制作有限元素法分析用壳模型，使用所制作的有限元素法分析用壳模型进行有限元素法线弹性分析，根据点焊部中央的焊点部的分担载荷和以该焊点部作为中心而描绘的直径为（Ｄ）的圆周上的位移，使用弹性学的圆板弯曲理论和二维弹性论求出上述焊点部的标称构造应力，并通过该标称构造应力来预测点焊构造的疲劳寿命。根据本方法，能够简单迅速且正确地预测点焊构造的疲劳寿命。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更为详细而言，涉及下述接合两张以上的板而形成点焊构造，相对该点焊构造制作有限元素法分析用壳模型，使用上述点焊构造焊点部的分担载荷求出标称构造应力，并通过该标称构造应力预测点焊构造的疲劳寿命。
技术介绍
在汽车的开发中，为了应对轻量化、缩短开发周期、缩减试制车辆的课题，近年来积极推进基于使用电子计算机的CAE预测各种性能的技术。对于车体的强度评价也不例外，该技术正在加速地进步。汽车车体由薄板构成，该板通常通过点焊结合。由于作用在车体上的载荷通过该焊接部传递到各部件上，因而焊接部上应力集中而成为强度上的弱点的情况很多。并且由于其数量庞大，并且作用有各种形式的复合载荷，因而对于能够简便且精度良好地预测点焊部疲劳寿命的方法的开发要求很高。对应该要求，D.拉达伊(Dieter Radaj；Design and Analysis ofFatigue Resistant Welded Structures，Abington Publishing，1990 378p)等人提出了将汽车车体假想成以从点焊构造切出的以焊点为中心的直径为(D)的圆板，使用通过FEM壳分析得到的焊点部的分担载荷和存储在数据库中的直径D的值而求出标称构造应力σns，然后使用该值而预测点焊部的疲劳寿命的方法。汽车技术会疲劳可靠性部门委员会也新近也考虑扭转成分引起的影响而提出了相同的方法。此处的标称构造应力σns是在点焊部(焊点部)端上产生的最大主应力。如图22所示，这些方法如下所述在步骤S1形成点焊构造，并在步骤S2向形成有限元素法分析用壳模型(FEM模型)的FEM模型给出载荷数据D1，由此在步骤S3求出点焊部(焊点部)的六分力，接着在步骤S4参照存储有D值的数据库D2，并根据板理论求出标称构造应力σns，在步骤S5以标称构造应力σns为基础，参照由表示标称构造应力σns-断裂反复次数N的关系的数据库D3构成的映射而预测疲劳寿命。在这些现有的方法中，相对分担载荷中的剥离载荷和弯矩，将焊点部作为刚体，考虑将该焊点部作为中心的外周直径为(D)的圆板，并应用弹性学的圆板弯曲理论来求出标称构造应力。该圆板外周条件采用位移和放射方向倾斜度都为零的固定条件、即全自由度约束条件。将其应用到实际点焊构造而求出标称构造应力时，产生到底圆板直径(D)取什么值比较适当这一非常困难的问题。在现状中，如图22中的流程图所示，通过制作D值数据库D2来解决。制作该D值数据库D2时需要非常多的劳力。在图23表示以从点焊构造切出的焊点部(1)(Nugget，点焊部)为中心的直径为(D)的圆板(2)，焊点部(1)上通常作用有以下六分力①剥离载荷 Fz②弯矩 Mx，My③剪切力Fx，Fy④扭矩 MzD.拉达伊等人对于焊点分担载荷中的弯矩和剥离载荷，如下所述地求出了作为疲劳强度参数的标称构造应力σns。数学式1(1)剥离载荷σns=0.69(Fzt2)In(Dd)]]>数学式2(2)弯矩σns=25.4(Mdt2)(dD)/e4.8dD]]>其中，D、d、t是图23的在中心具有焊点部(1)的圆板(2)的外周直径、焊点直径、板厚。Fz和M是作用在焊点部(1)上的剥离载荷、弯矩。数学式1数学式2是在图23的圆板2中，将焊点部(1)作为刚体，圆板(2)外周为位移完全约束而导出的。因此，想要使用数学式1数学式2来求出实际点焊构造的标称构造应力σns时，在满足圆板外周的位移完全约束条件的情况下必然能够决定D值，并能够精度良好地推定标称构造应力σns。但是通常很少能够完全约束实际构造的焊点部(1)周围的圆周(D)上的位移，这种情况下，产生以上式中包含的圆板(2)的外周直径为(D)取什么值适当的问题。相对剪切载荷Fx、Fy的应力，作为在具有相当于焊点的直径为d的圆形刚体夹杂物的无限板上，在其中心作用x轴方向的剪切载荷Fx的问题来处理，除去刚体夹杂物的区域的x轴上的应力成分σx由数学式3赋值。数学式3(3)---σx=-Fx2πt(κ+1)1x{(κ-12d2x2)+3}]]>κ＝(3-ν)/(1+ν)(平面应力)ν是泊松比。标称构造应力构成焊点端的最大主应力，此时，成为数学式4(4)---σx=Fxπdt]]>图24是受到拉伸剪切的等厚度的三张重叠一点点焊接缝的中央板外表面的负荷方向垂直应力分布。σ0是均匀负荷拉伸应力。根据式(3)的理论解与FEM三维弹性分析的结果进行比较时，虽然相当于标称构造应力的焊点端的应力显示出近似的值，但是随着远离焊点端，两者的差异变大。这是因为在远离焊点端的远处渐近于零的式(3)中，负荷应力σ0对焊点附近产生的影响几乎在计算上没有显现出来。例如，试着考虑受内外压力的中空圆板的应力分布。该问题的严格解如式(5)所示数学式5(5)---σr=a2b2-a2]]>式6为在无限平板上存在与内径相同直径的孔的问题的解。数学式6(6)---σr=-a2r2pin]]>将式(5)与式(6)比较的结果如图26所示。虽然外压比内压小时无限平板的解与严格解非常一致，但是外压与内压为相同程度大小时，两者的解出现很大差异。认为与此相同的现象出现在表示三张重叠接缝的应力分布的图24中。因而在这种情况下通过无限平板的解很难得到精度良好的应力。图27是在假想带托座的点焊接缝的大小两张平板进行一点点焊的接缝上，其两端负载有均匀拉伸应力σ0时的负荷方向垂直应力分布。由于作用有负荷的平板其本身处于平衡状态，因而通过壳元素对于其进行模型化并进行有限元素法分析时，焊点的分担载荷成为零。因而在式(3)中不能计算这种情况的应力。本专利技术的目的在于，为了消除D值决定问题，提出一种，能够根据圆板的挠度、放射方向的倾斜度、弯矩、剥离载荷、剪切力以及扭矩求出标称构造应力，并从该标称构造应力简单迅速地预测点焊构造的疲劳寿命，且经济性良好。并且其目的在于，提供一种能够解决以往的均匀负荷拉伸应力的值随着从焊点端远离而误差变多的问题的新方法。
技术实现思路
为了达成上述目的，本专利技术技术方案1的，其特征在于，接合多个例如2张板而形成点焊构造，相对该点焊构造制作有限元素法分析用壳模型，使用所制作的有限元素法分析用壳模型进行有限元素法线弹性分析，算出点焊部中央的焊点部的分担载荷、和以该焊点部为中心描绘的直径为(D)的圆周上的位移，根据所算出的该分担载荷和圆周上的位移，并利用弹性学的圆板弯曲理论以及二维弹性论求出上述焊点部的标称构造应力，通过该标称构造应力来预测点焊构造的疲劳寿命。在本技术方案1的专利技术中，假想从点焊构造切出的以焊点部为中心的直径为D的圆板，并向该圆板外周部给出点焊构造的位移，在向处于该圆板中央的焊点部给出剥离载荷以及弯矩、剪切力以及扭矩，从而求出基于这些量的标称构造应力，因而不必制作D值数据库，能够消除D值决定问题，并能够简单迅速地预测点焊构造的疲劳寿命。并且，本专利技术技术方案2的，在技术方案1的专利技术中，其特征在于，上述两张板包括平板和L型板，上述有限元素法分析用壳模型细小地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点焊构造的疲劳寿命预测方法，其特征在于，接合多个板而形成点焊构造，相对该点焊构造制作有限元素法分析用壳模型，使用所制作的有限元素法分析用壳模型进行有限元素法线弹性分析，由此算出点焊部中央的焊点部的剥离载荷、弯矩、剪切力以及扭矩的分担载荷、和以该焊点部为中心描绘的直径为（Ｄ）的圆周上的位移，根据所算出的该分担载荷和圆周上的位移，并利用弹性学的圆板弯曲理论以及二维弹性论，求出所述焊点部的剥离载荷、弯矩、剪切力以及扭矩的标称构造应力，通过该标称构造应力能够预测点焊构造的疲劳寿命。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：富冈昇，
申请(专利权)人：学校法人日本大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]