鋁合金點焊接頭疲勞性能與壽命預測方法研究.pdf

1、本文以鋁合金電阻點焊接頭為研究對象，對其抗疲勞性能、疲勞失效模式、失效機理以及焊點疲勞壽命預測方法開展研究。
　　設(shè)計了鋁合金AA5754和AA6111同材/異材點焊接頭，系統(tǒng)地對不同幾何尺寸、試件類型的點焊接頭進行了準靜態(tài)拉伸試驗。結(jié)果表明，TS/CP點焊試件的靜載失效模式十分單一，分別為熔核界面斷裂和焊核剝離。AA5754點焊接頭與 AA6111點焊接頭的靜強度差異不大，兩種材料焊核區(qū)的顯微硬度十分接近是這一現(xiàn)象的主要原因。<

2、br>　　對鋁合金點焊接頭進行疲勞試驗，研究影響鋁合金點焊接頭疲勞壽命的因素。研究發(fā)現(xiàn)：循環(huán)載荷比對接頭疲勞壽命有一定影響，增加載荷比會在某種程度上降低接頭的疲勞壽命，然而在當前試驗條件下（R=0.1和0.3），其影響并不顯著；AA5754與AA6111鋁合金點焊接頭的疲勞壽命或疲勞失效模式均無顯著差異，故在對鋁合金點焊接頭進行疲勞建模時，可忽略母材影響；板厚對接頭疲勞壽命的影響較大，對于不等厚板點焊接頭，其抗疲勞性能主要由較薄板決定，

3、增加薄板厚度可顯著提高接頭疲勞壽命。
　　采用掃描電鏡分析（SEM）和金相分析技術(shù)，對點焊接頭疲勞失效過程及不同疲勞失效模式下焊點附近疲勞裂紋的擴展規(guī)律開展研究。研究發(fā)現(xiàn)，盡管 TS試件表現(xiàn)出母材眉狀裂紋斷裂、焊點熔核界面斷裂以及焊核剝離三種疲勞失效模式，考慮它們之間的共同點，可統(tǒng)一用厚度方向上的裂紋擴展規(guī)律描述TS試件的疲勞破壞過程。TS試件焊點疲勞失效可分為三個階段，即：裂紋萌生和慢速擴展階段（I），裂紋沿著厚度方向穩(wěn)定擴展至

4、形成穿透板厚的表面裂紋階段（II），以及裂紋沿著寬度方向擴展階段（III）。此三階段中，II階段為焊點失效過程的主要階段，占焊點總壽命的比例可達80％。CP試件的疲勞破壞則受焊核邊緣靠近載荷作用線處萌生的疲勞裂紋沿著熔核界面方向擴展控制。焊核中心處的孔洞雖可改變加速斷裂時裂紋的走向，但對焊點疲勞總壽命的影響不大。
　　論文采用傳遞梁模型對TS和CP點焊試件進行簡化，利用傳遞矩陣法首次推導得到了TS/CP試件在一般載荷條件下焊點受力

5、表達式。利用這些表達式，可快捷地對多種材料或尺寸的點焊試件進行受力分析。FEM計算結(jié)果表明，基于傳遞梁模型推導得到的TS試件和CP試件焊點受力解析式具有很好的精度，與基于ACM1焊點模型的FEM梁-殼模型計算結(jié)果十分接近。
　　論文提出應以焊點載荷為輸入?yún)?shù)構(gòu)建焊點疲勞壽命模型，給出了焊點邊緣應力強度因子的計算方法；提出了基于焊點附近實際裂紋擴展路徑上的裂尖應力強度因子的新的焊點疲勞控制參量，并用于關(guān)聯(lián)鋁合金、高強鋼點焊接頭疲勞數(shù)

6、據(jù)。結(jié)果表明，該疲勞控制參量能夠準確地描述TS/CP點焊接頭的疲勞失效特征，并能有效地關(guān)聯(lián)不同幾何尺寸點焊試件的疲勞壽命。在以上工作基礎(chǔ)上，首次提出了疲勞控制參量的歸一化方法，得到了焊點疲勞壽命預測的一般方程，并利用AA5182，AA6061鋁合金點焊接頭、AZ31鎂合金點焊接頭疲勞數(shù)據(jù)對該方程進行了驗證。結(jié)果表明，焊點疲勞壽命預測的一般方程可用于其他材料（如鎂合金等）點焊接頭的疲勞壽命預估，其精度令人滿意。本文提出的模型與傳統(tǒng)焊點疲勞