ST12钢多点点焊件疲劳性能分析

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电阻点焊具有效率高、成本低和自动化实现快速等特点,在汽车、航天和铁路等领域得到了广泛应用。低碳钢拉剪电阻点焊件的疲劳强度问题一直是工程设计中的难点问题。目前大部分的研究对象都是基于单点拉剪电阻点焊件,实际结构中常有多个点焊,由于焊点数目多,多点焊件所受应力状态与单点件有明显不同。本文以ST12钢制成的双点及三点拉剪电阻点焊件为研究对象,根据其在MTS809材料试验机上恒幅和两级加载的疲劳测试结果,结合有限元分析探究其疲劳寿命预测及变幅载荷下的累积损伤问题。本文的主要内容如下:1.完成恒幅加载下的双点及三点拉剪点焊件的恒幅疲劳测试;根据结果,分别得出不同载荷水平下的S-N曲线。根据恒幅加载下双点点焊件的疲劳试验结果,设计出两级加载的试验方案的载荷水平,并进行两级加载疲劳测试;然后对两级加载试验累积损伤结果进行分析。2.根据双点及三点点焊件的恒幅疲劳试验结果,通过有限元应力应变分析,使用不同的寿命预测方法来预测试件疲劳寿命。首先,根据缺口应力法,在有限元应力分析结果中,取最大von-Mises应力幅值对试件进行疲劳寿命预测。之后根据等效结构应力法,使用Fe-Safe/Verity软件对试件进行疲劳寿命预测。对比了上述两种方法对于试样疲劳寿命的预测结果的准确性,探讨两种方法对于多点点焊件的适用性。3.首先根据Miner线性累积损伤理论分别对低-高和高-低加载次序下的剩余寿命进行预测,对于存在“过载效应”的试件,提出修正Miner理论方程。由于Miner理论未计入载荷间相互作用和加载次序等因素,对试件剩余疲劳寿命预测有一定的误差。进而,分别使用M-H和Ye等非线性累积损伤理论预测模型对两级加载下的剩余寿命进行预测。由于上述两种非线性累积损伤理论对双点点焊件的剩余疲劳寿命的预测存在一定的误差,本文对M-H和Ye模型进行了修正,修正后的预测结果误差精度较好于Miner线性模型。最后,讨论了这几种预测模型对ST12钢板多点点焊件的适用性。
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