相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法

摘要

本发明提供一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，包括：选取一组相同材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并建立椭圆失效模型，确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。最后还对热影响区宽度结果做了拟合修正。本方案无需分析焊点的剖面显微结构即可计算出热影响区宽度，操作简单。并且，通过建立模型、以及参数识别的方法可以求解任意一组相同材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度，进而使得拉脱失效力可以量化评判。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接参数计算技术领域，特别涉及一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法。

背景技术

电阻点焊是汽车行业车身钣金件常用的连接方式，比如钢制白车身(BIW)的连接，冲压钣金之间的主要连接方式就是电阻点焊，只有保证了电阻点焊的焊接质量才能使得钣金件按照设计标准提供足够的车身强度。

作为对电阻点焊的质量控制手段之一是车身破解试验以及抗凿试验，通常的标准是电阻点焊以后形成的焊核区域(nugget)的最小直径应该不小于

除此以外从车身设计以及整车安全工程师角度需要电阻点焊不但满足基本的连接和工艺要求不会发生焊核界面失效，而且需要焊点能提供足够大的拉脱失效力(nuggetpull-out force)，而焊点拉脱失效力与包围在焊核周围的热影响区(HAZ)宽度有关，通常情况下HAZ区域越宽焊点的拉脱失效力越大。

碰撞CAE(计算机辅助工程，Computer Aided Engineering)模型是用于大规模仿真碰撞分析的工具，目前此类仿真模型都是基于壳单元模拟，而壳单元都是基于平面应力假设将三维的体单元简化成诸如BT(Belytschko-Tsay；例如Ls-dyna软件中的2号单元)单元或者全积分单元(例如Ls-dyna软件中的16号单元)。此类单元虽然使用了平面应力假设即沿着板壳厚度方向的应力恒等于0，但是非常适用于实际车辆的板壳结构和薄壁结构，同时在计算效率上远远高于体单元，所以目前各大主机厂的通用做法就是将整车用壳单元划分以后做整车碰撞CAE分析。

而焊点的做法通常是使用梁模型或者六面体单元，此种做法只能局部提取焊点的轴向力和剪切力，所以失效模式更类似于焊核界面失效，但是这种失效方式不属于正常焊点的失效模式，所以无法大范围使用并判断焊点的剥离撕裂风险。

现有技术中，即使很多主机厂试图建立基于母材失效的圆周撕裂焊点的详细模型，但是由于无法获取整车车身各个区域的焊点参数，比如焊点热影响区宽度，所以无法非常准确的建立满足焊点失效判断的模型。此外不同厚度与不同强度等级的材料之间的焊点连接也会导致不同大小热影响区，此类热影响区如果从理化分析或者焊点剖面显微分析角度去逐个测量虽然也能测出焊点热影响区的大小，但是没有办法使得焊点热影响区的大小与焊点热影响区的材料强度以及焊接母材的厚度、焊核的直径、不同角度的电阻点焊的切向拉力、法向拉力产生联系，也就是无法验证直接测量的焊点热影响区域大小是否合理。

并且，获取焊点的热影响区宽度需要通过分析焊点的剖面显微结构才能达成，同时对于整车不同材料和板厚以及不同部位的焊接母材不可能逐一去做剖面显微结构分析。在整车碰撞CAE分析时没法精确的分析出焊点是否失效以及焊点的数量和位置是否合适。整车安全设计工程师如果无法获取焊点热影响区的宽度就无法准确的判断车身某处焊点的个数以及工艺是否可以满足整车碰撞安全的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的无法逐一确定焊点的热影响区宽度而导致拉脱失效力无法量化评判的问题。

为解决上述问题，本发明的实施方式公开了一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，焊点包括焊核和热影响区，包括以下步骤：

S1：选取一组相同材料的焊接母材，其中每个焊接母材的厚度不同；并且，对一组焊接母材进行焊接处理，以获得多个焊点；

S2：获取每个焊点的模型参数，其中，模型参数包括焊接母材的厚度、焊点的热影响区的拉伸强度极限、焊核的直径；并且，对每个焊点进行拉剪试验，根据拉剪试验的结果获取每个焊点的切向拉力及法向拉力；

S3：获取每个焊点的平面应力参数，其中，平面应力参数包括焊点的平面正应力、焊点的平面剪应力，并根据平面应力参数建立失效椭圆模型；

S4：根据每个焊点的模型参数、切向拉力、法向拉力、以及失效椭圆模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。

采用上述方案，选取一组相同材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并根据平面应力参数建立椭圆失效模型，最后根据每个焊点的模型参数，切向拉力和法向拉力，以及椭圆失效模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。整个方法流程中，不论是获取焊点的模型参数，获取焊点的切向拉力及法向拉力，还是通过建立失效椭圆模型求解初始热影响区宽度都采用了建立数学模型或通过简单的剪力试验和拉伸试验实现，无需通过分析焊点的剖面显微结构达成，操作简单。与此同时，通过模型的建立，通过参数识别的方法可以求解任意一组相同材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度从而可以使得拉脱失效力可以量化评判，并且整车安全工程师可以将获取的焊点的初始热影响区宽度精确的代入CAE碰撞模型使得仿真模型更加能反应整车焊接的状态，同时基于CAE分析的结果提出改进电焊工艺和位置的要求。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，步骤S2包括：

S21：通过直接测量和/或通过剪力试验、以及拉伸试验的方法获取每个焊点对应的焊接母材的厚度；

S22：通过对焊接母材进行硬度测试获取每个焊点的热影响区的拉伸强度极限；

S23：根据工程经验确定焊核的直径与焊接母材的厚度的比例关系，并根据焊接母材的厚度获取每个焊点的焊核的直径；

S24：对每个焊点进行至少五个角度的剪力试验，获取每个角度下焊点的切向拉力，并且，根据以下公式计算每个角度下焊点的切向拉力：

Ps＝pcosθ

其中，Ps为焊点的切向拉力；p为极限拉伸力；θ为拉剪试验的角度；

S25：对每个焊点进行至少五个角度的拉伸试验，获取每个角度下焊点的法向拉力，并且，根据以下公式计算每个角度下焊点的法向拉力：

Pn＝psinθ

其中，Pn为焊点的法向拉力；p为极限拉伸力；θ为拉剪试验的角度。

采用上述方案，通过直接测量或者通过剪力试验以及拉伸试验的方法获取每个焊点对用的焊接母材的厚度；通过进行硬度测试获取每个焊点的热影响区的拉伸强度极限，根据工程经验获取每个焊点的焊核的直径；以及对每个焊点进行至少五个角度的剪力试验和拉伸试验获取每个角度下焊点的切向拉力和法向拉力，并根据公式计算切向拉力和法向拉力。由此，通过各类方法和途径确定焊点的模型参数和切向拉力和法向拉力，为后续计算焊点的热影响区宽度做准备。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，步骤S3包括：

S31：获取每个焊点的三向应力莫尔圆模型，并根据各焊点的平面正应力、各焊点的平面剪应力、各焊点的三向应力莫尔圆模型获取各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力；

S32：根据各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力、材料力学的第四强度理论获取关于各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊点的平面正应力、各焊点的平面剪应力的拉伸强度极限方程；

S33：获取各焊点在剪力试验时的平面正应力的分布，并根据各焊点的平面正应力的分布、各焊点的直径建立椭圆方程，并根据椭圆方程获取关于各焊点的切向拉力、各焊核的直径、初始热影响区宽度、各焊接母材的厚度对应的焊点的最大平面正应力方程；

S34：获取各焊点在双拉试验时的平面剪应力的分布，并根据各焊点的平面剪应力的分布、各焊点的直径、各焊接母材的厚度建立椭球方程，并根据椭球方程获取关于各焊点的法向拉力、各焊核的直径、各初始热影响区宽度、各焊接母材的厚度对应的焊点的最大平面剪应力方程；

S35：获取关于各焊点的最大平面正应力方程、各焊点的最大平面剪应力方程、拉伸强度极限方程的各焊点的失效椭圆模型；并且，在步骤S3之后还包括：对失效椭圆模型进行对数转换。

采用上述方案，获取焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力；通过建立椭圆方程获取焊点的最大平面正应力方程；通过建立椭球方程获取焊点的最大平面剪应力方程；最后通过各焊点的最大平面正应力方程、各焊点的最大平面剪应力方程、拉伸强度极限方程的各焊点的失效椭圆模型。由此，通过三向应力莫尔圆模型，和建立椭圆方程和椭球方程，获取关于模型参数的失效椭圆模型，从而实现了通过建立模型并代入模型参数便可求解焊点的热影响区宽度，也就是说，实现了通过数学模型确定焊点的热影响区宽度，打破了现有的剖面解析获取焊点的热影响区宽度，并解决了无法逐一确定热影响区宽度的问题。最后，对获取到的模型进行对数转换，解决因为模型参数以及焊点的切向拉力和法向拉力的值的增加，导致焊点的热影响区宽度的方差增大的问题。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，在步骤S31中，各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力方程为：

σ

其中，σ

采用上述方案，根据公式可求解焊点在三相应力莫尔圆模型的三个方向的主应力。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，在步骤S32中，材料力学的第四强度理论公式为：

其中，T

其中，T

采用上述方案，根据第四强度材料力学公式，并通过将焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力公式代入第四强度材料力学公式获取关于各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊点的平面正应力、各焊点的平面剪应力的拉伸强度极限方程。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，在步骤S33中，根据以下公式计算各焊点的直径：

D＝d+2w

其中，D为各焊点的直径；d为各焊核的直径；w为各初始热影响区宽度；并且，

各焊点的最大平面正应力方程为：

其中，σ

采用上述方案，根据公式可获取各焊点的直径、各焊核的直径、各初始热影响区宽度之间的关系，并且根据各焊点的最大平面正应力方程确定焊点的最大平面正应力。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，在在步骤S34中，各焊点的最大平面剪应力方程为：

其中，τ

采用上述方案，通过公式可知道各焊点的平面剪应力与各焊点的最大平面剪应力之间的大小关系，并根据各焊点的最大平面剪应力公式可确定各焊点的最大平面剪应力。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，在步骤S35中，各焊点的失效椭圆模型为：

其中，T

采用上述方案，根据拉伸强度极限方程，再通过将各焊点的平面正应力和各焊点的平面剪应力取最大即各焊点的最大平面正应力和各焊点的最大平面剪应力的方程代入到拉伸强度极限方程确定失效椭圆模型。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，步骤S4之后还包括：

S41：根据初始热影响区宽度，以及各焊点的失效椭圆模型、各焊接母材的厚度、各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径获取各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果；

S42：判断各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度是否大于等于预设的相关度阈值；

若是，则将当前的各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力对应的初始热影响区宽度作为最终热影响区宽度；

若否，则重新获取对各焊点进行拉剪试验的结果，并执行步骤S4，直至各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度大于等于预设的相关度阈值。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，预设的相关度阈值的范围为0.9至1。

采用上述方案，根据初始热影响区宽度，以及各焊点的失效椭圆模型、各焊接母材的厚度、各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径获取各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果，并判断各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度是否大于等于预设的相关度阈值。由此，通过判断相关度确定计算出的焊点的初始热影响区宽度的结果是否精确，若不精确，可重新获取各焊点的拉剪试验的结果重新进行参数识别，直至相关度大于预设的相关度阈值。

本发明的有益效果是：

本发明提供的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，首先选取一组相同的材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并根据平面应力参数建立椭圆失效模型，最后根据每个焊点的模型参数，切向拉力和法向拉力，以及椭圆失效模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。由此，通过模型的建立，可以求解任意一组相同的材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度从而可以使得拉脱失效力可以量化评判，并且整车安全工程师可以将获取的焊点的初始热影响区宽度精确的代入CAE碰撞模型使得仿真模型更加能反应整车焊接的状态，同时基于CAE分析的结果提出改进电焊工艺和位置的要求。并且，根据初始热影响区宽度，以及各焊点的失效椭圆模型、各焊接母材的厚度、各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径获取各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果，并判断各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度是否大于等于预设的相关度阈值。由此，对计算出的初始热影响区宽度进行拟合，确定热影响区宽度的精度，使得整车碰撞CAE工程师可以非常直观的观察和判断拟合数据的精度。从而使得CAE碰撞模型具有精确判断关键区域焊点撕裂的功能，这是以往所有CAE碰撞模型不具备的一项全新的功能。此功能在于能区分不同厚度与不同强度等级的材料以及焊接区域的广域范围或者局域范围内的焊点热影响区的宽度，而无需逐一进行焊点剖面显微分析获得。

附图说明

图1是本发明实施例提供的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的拉剪试验示意图；

图3是本发明实施例提供的夹具的五个不同角度的示意图；

图4是本发明实施例提供的0°剪切试验的夹具示意图；

图5是本发明实施例提供的夹具的局部示意图；

图6是本发明实施例提供的焊接母材的组合方式的示意图；

图7是本发明实施例提供的平面应力的应力状态示意图；

图8是本发明实施例提供的焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力示意图；

图9是本发明实施例提供的焊点的直径区域示意图；

图10是本发明实施例提供的椭圆示意图；

图11是本发明实施例提供的椭球示意图；

图12是本发明实施例提供的一组相同的材料的焊接母材的自变量数据表；

图13是本发明实施例提供的热影响区宽度的计算结果示意图；

图14是本发明实施例提供的焊点拟合结果示意图；

图15是本发明实施例提供的二次计算结果示意图；

图16是本发明实施例提供的二次拟合结果示意图。

附图标记：

1、上拉手；2、下拉手；3、压板；4、样件A；5、样件B；6、螺栓；7、固定焊点；8、测试焊点。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

为解决现有技术中无法逐一确定焊点的热影响区宽度而导致拉脱失效力无法量化评判的问题。本发明的实施方式公开了一种相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法，参考图1，本发明的实施方式公开的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法具体包括以下步骤：

S1：选取一组相同材料的焊接母材，其中每个焊接母材的厚度不同；并且，对一组焊接母材进行焊接处理，以获得多个焊点；

S2：获取每个焊点的模型参数，其中，模型参数包括焊接母材的厚度、焊点的热影响区的拉伸强度极限、焊核的直径；并且，对每个焊点进行拉剪试验，根据拉剪试验的结果获取每个焊点的切向拉力及法向拉力；

S3：获取每个焊点的平面应力参数，其中，平面应力参数包括焊点的平面正应力、焊点的平面剪应力，并根据平面应力参数建立失效椭圆模型；

S4：根据每个焊点的模型参数、切向拉力、法向拉力、以及失效椭圆模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。

采用上述方案，选取一组相同材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并根据平面应力参数建立椭圆失效模型，最后根据每个焊点的模型参数，切向拉力和法向拉力，以及椭圆失效模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。整个方法流程中，不论是获取焊点的模型参数，获取焊点的切向拉力及法向拉力，还是通过建立失效椭圆模型求解初始热影响区宽度都采用了建立数学模型或通过简单的剪力试验和拉伸试验实现，无需通过分析焊点的剖面显微结构达成，操作简单。与此同时，通过模型的建立，通过参数识别的方法可以求解任意一组相同材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度从而可以使得拉脱失效力可以量化评判，并且整车安全工程师可以将获取的焊点的初始热影响区宽度精确的代入CAE碰撞模型使得仿真模型更加能反应整车焊接的状态，同时基于CAE分析的结果提出改进焊接工艺和位置的要求。进而提高了焊接的精度。

接下来，参考图1至图16具体描述本发明实施例提供的相同材料的焊接母材的焊点的热影响区宽度的计算方法。

首先，执行步骤S1，选取一组相同材料的焊接母材，其中每个焊接母材的厚度不同；并且，对一组焊接母材进行焊接处理，以获得多个焊点。

需要说明的是，选取一组相同材料的焊接母材，焊接母材可以是两层或者是三层，而当焊接母材的层数不同时，模型参数的计算也不完全相同，本实施方式中，具体对焊接母材为两层是进行说明，当然，本领域技术人员可以根据实际需要选择，本实施例中对此不做限制。

还需要说明的是，对一组焊接母材进行焊接处理，焊接处理可以是电阻点焊或者其他焊接方式，本实施例中，具体是在电阻点焊条件下的处理，本领域技术人员可以根据实际需要选择其他焊接方式。并且，焊接处理是对同一组焊接母材进行多次焊接。

具体地，当焊接母材为两层时，对两个样件进行组合，对相同材料的焊接母材分别进行电阻点焊的焊点的确定，通过确定固定焊点和测试焊点的具体位置从而确定每个焊接母材的所需的焊点。

接下来执行步骤S2，获取每个焊点的模型参数，其中，模型参数包括焊接母材的厚度、焊点的热影响区的拉伸强度极限、焊核的直径；并且，对每个焊点进行拉剪试验，根据拉剪试验的结果获取每个焊点的切向拉力及法向拉力。

进一步地，步骤S2包括：

S21：通过直接测量和/或通过剪力试验、以及拉伸试验的方法获取每个焊点对应的焊接母材的厚度。

具体地，可以通过直接测量获取每个焊点对用的焊接母材的厚度，也可以通过剪力试验以及拉伸试验的方法获取焊点对用的焊接母材的厚度，也可以同时通过直接测量和通过剪力试验以及拉伸试验同时获取焊点对应的焊接母材的厚度，并可以取其中更准确的焊接母材的厚度，或者也可以取平均值作为焊接母材的厚度，本领域技术人员可根据实际需求进行选择，本实施例对此不做限制。

S22：通过对焊接母材进行硬度测试获取每个焊点的热影响区的拉伸强度极限。

具体地，对焊接母材进行硬度测试，获取焊点的热影响区的拉伸强度极限。

S23：根据工程经验确定焊核的直径与焊接母材的厚度的比例关系，并根据焊接母材的厚度获取每个焊点的焊核的直径。

具体地，焊核的直径按照工程经验和焊接母材的厚度有如下关系

S24：对每个焊点进行至少五个角度的剪力试验，获取每个角度下焊点的切向拉力，并且，根据以下公式计算每个角度下焊点的切向拉力：

Ps＝pcosθ

其中，Ps为焊点的切向拉力；p为极限拉伸力；θ为拉剪试验的角度。

S35：对每个焊点进行至少五个角度的拉伸试验，获取每个角度下焊点的法向拉力，并且，根据以下公式计算每个角度下焊点的法向拉力：

Pn＝psinθ

其中，Pn为焊点的法向拉力；p为极限拉伸力；θ为拉剪试验的角度。

具体地，参考图2，在第一象限中按照角度变化分别取0°剪切试验、0°剪切试验、15°拉剪试验、35°拉剪试验、60°拉剪试验、90°双拉试验，并且根据着至少五个角度的剪力试验和拉伸试验涉及相对应的五种夹具设计，由此来提取完全正交的焊点的切向拉力和焊点的法向拉力，并且使得切向拉力与法向拉力完全来自于焊点自身的变形而非样件其他部位的变形，因为一旦样件其他部位变形将导致测量出的切向拉力与法向拉力不能够完全正交，将无法满足后续的椭圆失效模型的需求。

需要说明的是，每个角度都会求解出相对应角度下的切向拉力的法向拉力，也就是说，一个焊点将对应至少五个不同角度下的切向拉力和法向拉力。

还需要说明的是，本实施例建议使用以上提到的五种拉伸角度，原因是切向拉力一般都会大于法向拉力，使得焊点失效椭圆模型从0°开始到35°之前的斜率变化比较大，所以尽量多在前段去增加测试点，而后段的斜率变化趋缓所以后段可以减少选点，当然如果尝试使用其他的角度范围比如，0°，22.5°，45°，67.5°以及90°也是符合本发明精神的，只要能较好的识别到焊点热影响区的大小，使得后续的结果是正常的，拉伸角度可以做适当调节，本实施例对此不做限制。

更具体的，参考图3-6具体说明夹具的设计方式以及在0°剪切试验条件下的具体步骤，如图3为在0°剪切试验、0°剪切试验、15°拉剪试验、35°拉剪试验、60°拉剪试验、90°双拉试验下的夹具的设计，并且参考图4可以看出夹具主要由上拉手1，下拉手2，压板3，样件A4，样件B5，螺栓6，固定焊点7以及测试焊点8组成。

需要说明的是，本发明实施例提到的焊点是测试焊点8，主要求解的是测试焊点8的热影响区宽度，相应的，后续提到的焊点都是测试焊点8。

具体地，参考图5-6，首先将压板3与样件B5在图示位置进行焊接，焊接位置沿着压板3中心的圆孔周围，圆孔的大小应该使得变形只发生在测试焊点8附近，更具体的说应该是焊点热影响区域的边界处，固定焊点7的个数应该满足使得压板3能够压紧样件B5。然后将样件B5由于样件A4在压板3圆孔的正中心处电阻点焊焊接，形成测试焊点8。最后将上拉手1与下拉手2分别按照图6中所示连接样件B5与样件A4，用螺栓6紧固。本实施例中，夹具的设计以及焊接母材的连接方式具体如介绍所示，当然本领域技术人员也可以根据需要设计其他的不同的夹具，并且可以进行不同的连接组合，本发明实施例对此不做限制。

进一步地，通过夹具设计，并将这套夹具放在材料拉伸测试机上面进行测试提取极限拉伸力，并且根据切向拉力和法向拉力的计算公式即可获取到不同角度下的切向拉力值和法向拉力值。

接下来执行步骤S3，获取每个焊点的平面应力参数，其中，平面应力参数包括焊点的平面正应力、焊点的平面剪应力，并根据平面应力参数建立失效椭圆模型。

进一步地，步骤S3包括：

S31：获取每个焊点的三向应力莫尔圆模型，并根据各焊点的平面正应力、各焊点的平面剪应力、各焊点的三向应力莫尔圆模型获取各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力。

进一步地，在步骤S31中，各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力方程为：

σ

其中，σ

具体地，参考图7，图7是平面应力的应力状态，垂直于X与Y坐标的两个面上的应力分别为(σ,τ)和(0,-τ)。

进一步地，参考图8，将这两个面上的应力坐标标注在应力莫尔圆上并且根据应力莫尔圆的性质可求解焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力。

S32：根据各焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力、材料力学的第四强度理论获取关于各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊点的平面正应力、各焊点的平面剪应力的拉伸强度极限方程。

进一步地，在步骤S32中，材料力学的第四强度理论公式为：

其中，T

其中，T

具体地，根据第四强度理论公式，并将求解的焊点在三向应力莫尔圆模型的三个方向的主应力代入到第四强度理论公式中，通过化简即可得到拉伸轻度极限方程。

S33：获取各焊点在剪力试验时的平面正应力的分布，并根据各焊点的平面正应力的分布、各焊点的直径建立椭圆方程，并根据椭圆方程获取关于各焊点的切向拉力、各焊核的直径、初始热影响区宽度、各焊接母材的厚度对应的焊点的最大平面正应力方程。

进一步地，在步骤S33中，根据以下公式计算各焊点的直径：

D＝d+2w

其中，D为各焊点的直径；d为各焊核的直径；w为各初始热影响区宽度；并且，各焊点的最大平面正应力方程为：

其中，σ

具体地，参考图9，焊点的直径实际上分为两个部分，即焊核的直径和初始热影响区宽度，而由图也可以看出各焊点的直径和各焊合的直径以及各初始热影响区宽度之间的关系。

进一步地，参考图10，获取各焊点在剪力试验时的平面正应力的分布，根据焊点的平面正应力分布、焊点的直径建立椭圆方程：

其中，设x＝rcosθ，y＝σ

S34：获取各焊点在双拉试验时的平面剪应力的分布，并根据各焊点的平面剪应力的分布、各焊点的直径、各焊接母材的厚度建立椭球方程，并根据椭球方程获取关于各焊点的法向拉力、各焊核的直径、各初始热影响区宽度、各焊接母材的厚度对应的焊点的最大平面剪应力方程。

进一步地，在步骤S34中，各焊点的最大平面剪应力方程为：

其中，τ

具体地，参考图11，获取各焊点在双拉试验时的平面剪应力的分布，并根据各焊点的平面剪应力的分布、各焊点的直径、各焊接母材的厚度建立椭球方程：

由此，可通过椭球方程求解关于各焊点的法向拉力、各焊核的直径、各初始热影响区宽度、各焊接母材的厚度对应的焊点的最大平面剪应力方程。

S35：获取关于各焊点的最大平面正应力方程、各焊点的最大平面剪应力方程、拉伸强度极限方程的各焊点的失效椭圆模型。

进一步地，在步骤S35中，各焊点的失效椭圆模型为：

其中，T

具体地，根据拉伸强度极限方程，并将各焊点的最大平面正应力方程、各焊点的最大平面剪应力方程代入到拉伸强度极限方程中，即可得到各焊点的失效椭圆模型。

更进一步地，在步骤S3之后还包括：对失效椭圆模型进行对数转换。

具体地，通过对各焊点的失效椭圆模型进行对数转换从而解决因为随着自变量的增加而导致因变量的方差增大的问题。

更具体的，失效椭圆模型进行对数转换后公式如下所示：

其中，T

接下来执行步骤S4，根据每个焊点的模型参数、切向拉力、法向拉力、以及失效椭圆模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。

具体地，根据失效椭圆模型，将模型参数，切向拉力和法向拉力作为模型的自变量，将初始热影响区宽度作为因变量，也就是说，将热影响区宽度作为需要参数识别的对象，使用准牛顿法+通用全局优化法来识别初始热影响区宽度。

需要说明的是，参数识别的方法是工程当中优化算法的一部分，本发明不局限于优化算法的选择，本领域技术人员可根据实际需要选择优化方法，例如使用列文伯格-马夸尔特法(Levenberg-Marquardt)或全局优化法，本实施例对此不做限制。

进一步地，步骤S4之后还包括：

S41：根据初始热影响区宽度，以及各焊点的失效椭圆模型、各焊接母材的厚度、各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径获取各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果。

具体地，将参数识别出的初始热影响区宽度以及各焊接母材的厚度，各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径重新代入失效椭圆模型，得到一个关于拟合切向拉力和拟合法向拉力的椭圆方程。

S42：判断各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度是否大于等于预设的相关度阈值；

若是，则将当前的各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力对应的初始热影响区宽度作为最终热影响区宽度；

若否，则重新获取对各焊点进行拉剪试验的结果，并执行步骤S4，直至各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度大于等于预设的相关度阈值。

具体地，根据拟合切向拉力和拟合法向拉力的结果与各焊点之前通过拉伸试验获得的切向拉力和法向拉力进行相关度的判定。

需要说明的是，相关度通过相关系数R进行判定。相关系数R表示两个变量之间线性相关关系，R大于0时两个变量呈正相关；R小于0时两个变量呈负相关。R的取值在1与-1之间。R的绝对值越接近1，两个变量线性相关性越强。

更具体地，通过各焊点的拟合切向拉力和和各焊点的切向拉力判断相关度是否大于等于预设的相关度阈值，若是，则将当前的各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力对应的初始热影响区宽度作为最终热影响区宽度，若否，则重新获取对各焊点进行拉剪试验的结果，也就是说，重新获取各焊点的模型参数以及各焊点的切向拉力和法向拉力，重新代入到失效椭圆模型中进行参数识别，直至各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度大于等于预设的相关度阈值。

需要说明的是，也可以通过各焊点的拟合法向拉力和和各焊点的法向拉力判断相关度是否大于等于预设的相关度阈值。

更进一步地，预设的相关度阈值的范围为0.9至1。需要说明的是，相关度阈值可以是0.9、0.99、0.999、1等数值，本领域技术人员可根据拟合精度确定相关度阈值，本实施例对此不做限制。

接下来，参考图12-16，具体介绍一下初始热影响区的计算以及相关度判断。

首先，参考图12，图中表格为相同材料的四种不同焊接母材的厚度的焊点相对应的焊接母材的厚度t、焊点的热影响区的拉伸强度极限Ts、焊核的直径d、焊点的切向拉力Ps、焊点的法向拉力Pn的值，例如四种不同焊接母材的厚度t分别为2、0.8、1.4、0.6，而相对应的焊点的热影响区的拉伸强度极限Ts分别为586.8、595.6、632.6、603.6，同样的焊核的直径d分别为5.656854、3.577709、4.732864、3.098387，而每一个焊接母材的厚度都对应五个不同角度的切向拉力Ps和法向拉力Pn，图中可以看出，当焊接母材的厚度值为2时，相对应的切向拉力为11500、10000、7000、3800、0，而法向拉力为0、4000、6800、8200、8300、0，同理可得，每一个焊接母材的厚度值都对应一个焊点的热影响区的拉伸强度极限值，焊核的直径，并且对应五个切向拉力值和五个法向拉力值。

接下来，将图12中示出的20组数据代入模型，使用优化软件对初始热影响区宽度进行识别，需要说明的是，优化软件可以是任意一种，本实施例对此不做限制，只需实现优化功能即可。之后参考图13可看到第一识别的结果，由图中可看出，此次相同材料的焊接母材的初始热影响区宽度为2.940705，并同时得到将初始热影响区宽度、以及各焊接母材的厚度，各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径重新代入失效椭圆模型后的拟合法向拉力的结果，同样的，也可以得到拟合切向拉力的结果。接下来，对拟合结果和计算结果做相关度分析，若大于相关度阈值，则说明参数识别准确，若拟合结果和计算结果小于相关度阈值，则需要重新获取失效椭圆模型自变量的值，重新进行参数识别，并再次验证拟合程度和相关度。由图13可以看到，相关系数为0.99999，其数值在0.9至1之间，也就是说，相关系数是大于等于相关度阈值的最小值，则可以确定，此时可以将初始热影响区宽度作为最终热影响区宽度。

需要说明的是，相关系数R表示两个变量之间线性相关关系，相关系数大于0时两个变量呈正相关；相关系数小于0时两个变量呈负相关。相关系数的取值在1与-1之间。相关系数的绝对值越接近1，两个变量线性相关性越强。具体地，本算例识别的相关系数(R)为0.999，也就是用通过5个自变量识别出的热影响区的宽度再反向带回到被对数转换后的失效椭圆模型公式之后对比法向拉力与拟合法向拉力两个变量的线性相关程度，可以通过图13中实测值也就是之前通过拉伸试验获得的法向拉力和计算值也就是拟合法向拉力对比获得，可以非常直观的看出，结果相差非常微小，所以可以判定反向识别出的热影响区的宽度具有非常高的精度。

进一步地，图13中将参数回代之后的椭圆失效模型与进行拉伸试验得到的切向拉力和法向拉力的结果作对比，从图14可以看出，当焊接母材的厚度为0.6mm、0.8mm、1.4mm时对应的拟合曲线即拟合切向拉力和拟合法向拉力的结果与切向拉力和法向拉力的结果非常接近，可以满足参数整体识别的要求。

更进一步地，由图14可以看出，当焊接母材的厚度为2mm时，拟合结果并不理想，此时当拟合结果不理想时，或者对于焊接母材的厚度较大或者较小的焊接母材，也可以对拟合结果进行重新修正，参考图15，对拟合不理想的焊点进行单独参数识别也就是说对焊接母材的厚度为2mm的焊点进行单独修正，即可得到如图15所示的初始热影响区宽度为3.2598，由图中可看到，此时相关系数为0.99999，也就是说，此时参数识别的初始热影响区宽度是准确的，并且，由图15中可看出，当焊接母材的厚度为2mm时，实测值与计算值差距非常微小，并通过对该焊点的拟合切向拉力和拟合法向拉力的结果与拉伸试验的切向拉力和法向拉力的结果作对比，如图16所示，此时焊接母材的厚度为2mm时的拟合结果与计算结果拟合精度更高，线性相关性更强。

采用上述方案，首先选取一组相同的材料的焊接母材，对这一组焊接母材进行焊接处理，获取多个焊点，再获取每个焊点的模型参数，并对每个焊点进行拉剪试验从而获取焊点的切向拉力及法向拉力，之后再获取每个焊点的平面应力参数，并根据平面应力参数建立椭圆失效模型，最后根据每个焊点的模型参数，切向拉力和法向拉力，以及椭圆失效模型确定材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度。由此，通过模型的建立，可以求解任意一组相同的材料的焊接母材的焊点的初始热影响区宽度，实现了逐一确定焊点的初始热影响区宽度从而可以使得拉脱失效力可以量化评判，并且整车安全工程师可以将获取的焊点的初始热影响区宽度精确的代入CAE碰撞模型使得仿真模型更加能反应整车焊接的状态，同时基于CAE分析的结果提出改进电焊工艺和位置的要求。并且，根据初始热影响区宽度，以及各焊点的失效椭圆模型、各焊接母材的厚度、各焊点的热影响区的拉伸强度极限、各焊核的直径获取各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果，并判断各焊点的拟合切向拉力、各焊点的拟合法向拉力的结果与各焊点的切向拉力、各焊点的法向拉力的相关度是否大于等于预设的相关度阈值。由此，对计算出的初始热影响区宽度进行拟合，确定热影响区宽度的精度，使得整车碰撞CAE工程师可以非常直观的观察和判断拟合数据的精度。从而使得碰撞CAE模型具有精确判断关键区域焊点撕裂的功能，这是以往所有CAE模型不具备的一项全新的功能。此功能在于能区分不同厚度与不同强度等级的材料以及焊接区域的广域范围或者局域范围内的焊点热影响区的宽度，而无需逐一进行焊点剖面显微分析获得。并且，本发明成功的建立的一套闭环系统可以用来验证参数识别出热影响区的宽度不但满足数值收敛准则:比如相关系数(R)、相关系数之平方(R

需要解释的是，CAE碰撞模型是用有限元的方法将整车数模进行单元划分，用板壳单元(全积分，或者减缩积分单元)将整车在零件中性面上面用三角形或者四边形单元替代。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。