基于动态响应特性的点焊接头变幅疲劳损伤与寿命预测

摘要

本文针对单点点焊接头的疲劳损伤及寿命预测问题,以北京奔驰-戴姆勒·克莱斯勒公司汽车车身材料镀锌低碳钢(钢号为BJXH50)为母材,通过测量变幅和随机加载下点焊疲劳试件的动态响应特性,分析了固有频率幅度变化率与寿命循环数之间的关系,提出了变幅疲劳损伤参量,以及变幅和随机载荷下单点点焊试件疲劳寿命预测方法。同时,利用三维有限元模拟了点焊接头疲劳过程中固有频率的变化特性,试验结果对比证明,三维有限元能很好模拟疲劳过程中点焊接头裂纹扩展过程及固有频率变化趋势。 1.对点焊试件进行疲劳加载试验,结合动态响应测量,提取了点焊试件在疲劳过程中的固有频率变化的特征。并从微观组织、硬度、断口分析等角度讨论了点焊试件的裂纹萌生及扩展机理。 2.根据变幅加载下疲劳过程中固有频率幅度变化特征,提出了变幅加载下的疲劳损伤参量。验证结果表明,该变幅疲劳损伤参量能较好的描述疲劳过程中的点焊接头疲劳损伤过程。 2.根据试件尺寸及裂纹的萌生扩展规律建立了有限元模型,利用有限元方法模拟在疲劳裂纹萌生和扩展过程中点焊接头固有频率的变化特征。与试验结果对比发现,三维有限元模拟结果与试验结果吻合,能够较真实地反映试件在疲劳损伤过程中动态响应的变化情况。 4.根据变幅加载下点焊试件固有频率幅度变化率在疲劳过程中的变化趋势,提出了基于频率幅度变化率的变幅疲劳寿命预测模型。 5.在有限元模拟的基础上,针对随机加载下单点点焊试件的疲劳裂纹与固有频率之间的关系,提出了频率幅度下降速率模型。利用本文提出的疲劳损伤参量,建立了随机载荷等效载荷幅度计算公式,并基于Matlab进行随机载荷信息统计和等效载荷计算。为后期基于动态响应固有频率的疲劳研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2点焊疲劳的背景知识

1.2.1点焊结构

1.2.2拉剪型点焊接头的断裂机理

1.3变幅加载下点焊疲劳的研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本课题来源及研究内容

第2章变幅加载下的点焊试验

2.1引言

2.2疲劳试验

2.2.1疲劳试验过程

2.2.2点焊疲劳试件

2.2.3载荷谱的编制

2.2.4试验装置

2.2.5试验方法

2.3模态试验

2.4试验结果分析

2.4.1疲劳试验结果

2.4.2断口形状观察

2.4.3维氏硬度测试分析

2.4.4动态响应试验结果

2.5本章小结

第3章变幅加载下的点焊疲劳损伤参量

3.1前言

3.2疲劳损伤累积理论

3.3基于动态响应参数的疲劳损伤参量的定义

3.4寿命预测

3.5本章小结

第4章点焊试件动态响应有限元模拟

4.1引言

4.2动态响应的有限元模拟原理

4.3有限元模型的建立

4.3.1模型的建立和网格划分

4.3.2动态响应模拟

4.4有限元模拟结果与试验结果对比分析

4.6本章小结

第5章变幅疲劳寿命预测方法与模型

5.1引言

5.2寿命模型

5.2.1模型的建立

5.2.2模型常数确定

5.3点焊接头疲劳寿命预测与评估

5.3.1不同载荷水平下的常幅试验数据

5.3.2两级、四级、七级变幅加载试验数据

5.4本章小结

第6章随机加载下固有频率下降速率探讨

6.1前言

6.2固有频率下降速率模型

6.2.1模型的提出

6.2.2频率幅度因子

6.2.3随机载荷的统计

6.2.4材料常数的确定

6.3前景与展望

6.4本章小结

结 论

参考文献

附录

攻读工学硕士学位期间发表的学术论文及获得的专利

致谢