文档介绍：0B基于RxMS方法的某副车架焊缝疲劳预测
王二兵周鋐
(同济大学上海 200092)
【摘要】副车架作为轿车底盘零部件中非常重要的一个部件,受力情况复杂、恶劣。本文针对副车架中比
较容易发生疲劳破坏的焊缝部位,通过建立虚拟试验模型,利用 RxMS 方法对其进行了疲劳寿命预估。结
果表明,RxMS 方法是一种比较好的车辆的焊缝疲劳预测方法,但在实际使用中需要注意焊接角度的设置。
【关键词】焊缝疲劳 RxMS 副车架

焊接连接作为现代钢结构中最主要的连接方式,在汽车工业中得到了广泛应用。由于焊接过程以及焊
接连接的本身特点,焊缝区金属与母材的力学性能不匹配,在焊接接头部位容易产生裂纹或其它缺陷,从
而使得焊接接头的疲劳强度往往低于被焊接母材的疲劳强度。另外,焊接一般会发生在结构的几何特征或
断面变化的区域,同时焊接结构的焊缝中往往存在着咬边、未焊透等焊接缺陷以及焊接施工误差引起的错
位,这些都会使焊缝部位产生应力集中。在交变载荷作用下,疲劳裂纹有可能在焊接结构的焊缝附近萌生,
一旦裂纹扩展到临界尺寸,就会发生疲劳破坏事故。
据资料统计,在焊接结构的失效中,有 70%-90%是由于焊接接头的疲劳断裂造成的[1],对该结构的
疲劳性能评估的重点即是对焊接接头的耐久性能的评估。而焊接结构的耐久性很大程度上是由焊缝的疲劳
强度所决定的,因而可以看出系统而深入地研究焊缝疲劳理论,对于正确认识焊接金属的疲劳本质,准确
预测焊接结构的疲劳寿命,防止破坏事故的发生有着重大的理论意义和使用价值。
1 RxMS 方法简介
对焊缝而言,需权衡数值耗费和精确度的得失:精确的数值方法使用涉及焊接连接方式的实体单元建
模,其中需要考虑焊缝的几何形状。就计算和准备时间而言这种方法成本太高,所以实际中一般不用。而
许多快速的方法却忽略了焊缝连接的局部形状,因而往往得到偏于保守的结果。
如图 1 所示,RxMS 方法是对焊缝处模型单元进行细化处理,将焊缝和基体材料连接的焊趾和焊根位置
的缺口半径 R 设为 xmm,并考虑焊缝几何形状的多样性和焊接材料属性(即应力-寿命曲线)的分散性。其
数值(有限元)模型在设计阶段考虑了“名义”焊缝形状。相应的 RxMS 应力-寿命曲线考虑了由几何形状
和材料变化引起的均值(名义值 Mean)和离散带(Scatter)的变化。该方法最初由 Radaj, Koettgen, Olivier
和 Seeger 提出[2] [3]。那时,主要考虑的是厚度在 8~40mm 之间用于工业工程中的薄板。焊缝模型在焊缝和
基体材料交叉口取缺口半径 R(xmm),最初 x 取为 1mm,被称作 R1MS。

图 1 RxMS 模型
2 副车架焊缝疲劳预测
要进行副车架焊缝疲劳预测,首先要对副车架焊缝进行建模,然后获取其边界载荷,接下来就可以用
RxMS 方法对其进行疲劳预测了。
副车架焊缝建模
副车架存在较多的焊缝结构,如图 2 所示。焊缝宽度大多数都在 3-4mm 左右,由于焊缝尺寸较大,有
可能对周围的应力环境产生影响,因此要对有限元模型做进一步的分组细化处理。针对焊缝具体的结构特
性创建新的单元组,将其有限元模型划分为 8 个不同的组,在两个组之间定义焊缝单