谪岭南道中作第37卷第5期计算机仿真2020年5月文章编号：1006-9348 (2020)05-0140-06
基于结构应力法的点焊S-N曲线研究
酸菜炖肉
王欢，阳光武，杨冰，王峰
(西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031)
摘要：为获取列车不锈钢车体点焊结构的疲劳特性，对点焊试件进行拉剪疲劳试验，并绘制载荷-寿命（F-N)散点图。为将
载荷-寿命散点图归一化到应力-寿命（S-N)曲线，首先，建立点焊实体仿真模型，利用有限元分析，将应变结果与静载试验
公务员借调结果对比，验证点焊试件有限元约束加载的准确性。然后，建立梁单元的点焊仿真模型，计算并比较梁单元节点力与体单元
焊核截面力，验证梁单元模拟焊核的可行性。最后，将与疲劳试验相同的载荷施加到梁单元模拟焊核的仿真模型中，提取梁
单元的力和力矩，根据结构应力公式计算得到点焊试件的结构应力，在双对数坐标系中，以试验所得寿命为横坐标，计算所
眼白过白得结构应力为纵坐标，利用最小二乘法拟合出点焊的S-N曲线。结果显示，点焊的结构应力能较好的归一化为载荷-寿命
吊兰花卉曲线，载荷比对S-N曲线有较大影响。
关键词：点焊；结构应力；有限元；应力-寿命曲线
中图分类号:TG407 文献标识码：B
Rearch on S-N Curve of Spot Welding Bad on Structural Stress Formula
WANG Huan, YANG Guang-wu, YANG Bing, WANG Feng
(State-Key Laboratory of Traction Power,Southwest Jiaotong University,Chengdu610031，China)
A B S T R A C T：In order to obtain the fatigue characteristics of the spot welding structure of stainless steel carbody,the
shear fatigue t e s t was performed and the load-life (F-N)scatter diagram was drawn.In order t o normalize the load
—l i f e curve to the stress—life(S—N)curve,firstly,an entity simulation model was built and a f inite element analysis
投影机维修was performed.The result was compared with fatigue t e s t t o prove the accuracy of constraints and loading.Then an
other simulation model was created with shell and beam elements.The joint force of beam element was compared with
cross ction force of the weld nugget t o prove the accuracy of using beam element t o simulate the spot welding.Final
ly,the same load as fatigue t e s t was applied to the f i n i t e element model.The force and moment were read to calculate
the structural stress by the structural stress formula.In the double logarithmic coordinate system,the S-N curve of
spot welding i s f itted by least square method with the l i f e as the abscissa and the structural stress as the ordinate.The
results show that the structural stress of spot welding structure can normalize the load-life curve well,and the load ra
面麻
t i o has a great influence on the S-N curve.
K E Y W O R D S：Spot welding；Structural stress；Finite element；S-N curve
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l引言
点焊在不锈钢车体中有着非常广泛的应用，焊接结构的 使用寿命很大程度上决定了行车的安全性能:1]。目前，点焊 接头疲劳强度的研究，都是基于疲劳试验进行的。疲劳试验 所得的一般都是载荷-寿命（F-N)曲线，不同的载荷模式、板 厚组合、焊核直径有着不同的F-N曲线，在实际应用中耗时 又不经济，非常不利于工程上的应用[2]。因此，对于不同的 焊接类型，需要一种统一的疲劳特性曲线，即S-N曲线，方便
基金项目：国家自然科学基金项目（51675446)；国家自然科学基金联 合基金项目（U1534209)
收稿日期:2018-10-18预测点焊结构的疲劳寿命[31。
目前，针对点焊接头的耐久性问题，国内外的科研工作 者以及技术人员进行了许多相应的研究。朱涛、高峰基于 m PP[4)的结构应力方法预测点焊寿命，焊核采用刚性梁模 拟，对某轿车进行有限元仿真，加载并计算了各个焊点的损 伤和寿命，结果和实际非常吻合51。P a n和Sheppard在 Kan[6]和0h[7)的基础上，研究了焊核的应力和应变，提出了 一种基于应变的疲劳寿命预测方法[81。闫坤、王瑞杰基于有 限元软件，采用C W E L D单元模拟焊核，计算得到其最大主应 力，并用最大主应力和试验所得的疲劳寿命拟合出点焊结构 的S-N曲线并对其进行验证|9i。Hong-Tae Kang,Xiao W u 等人提出了一种基于结构应力法的数据处理方法，该方法将
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