基于搅拌摩擦焊的镁合金焊接接头疲劳寿命预测

基于搅拌摩擦焊的镁合金焊接接头疲劳寿命预测

轻量化材料应用在汽车上，能够减轻汽车质量，提高汽车燃油效率。常用的轻量化材料包括镁合金材料和铝合金材料。对这些轻量化材料的连接常采用搅拌摩擦焊，对搅拌摩擦焊焊接接头的疲劳寿命进行预测，逐渐成为汽车制造行业关注的重点。目前，常用的疲劳寿命预测方法包括结构应力方法和最大主应力方法，两种方法均通过生成焊接接头处的应力-应变（S-N）曲线进行有限元分析预测。

结构应力方法采用网格不敏感的计算方法生成S-N曲线，有限元分析时采用三维壳单元表示焊接接头。最大主应力方法是将焊接接头的最大主应力作为疲劳损伤的参考量生成S-N曲线，其在有限元分析时将焊接接头表示为TIE接触。以汽车前悬架减振支架为例对这两种方法进行对比。首先，建立前悬架减振支架的有限元模型，不同部位的材料属性设定为AM60或AM30镁合金，划网格时，将网格尺寸设定为5mm。然后，应用HyperMesh（非常强大的有限元前后处理软件）软件对前悬架减振支架的有限元模型进行前处理，采用有限元分析软件作为有限元分析的求解器。最后，分别采用结构应力方法和最大主应力方法对其疲劳寿命进行预测。为了对所提出两种方法的预测结果进行对比，对前悬架减振支架进行疲劳寿命循环测试，测试时的循环应力比设定为0.1，当循环加载次数大于500万次时，则认为不会出现失效。对比有限元分析结果和试验结果显示：最大主应力方法对疲劳寿命的预测更为精确，但其精度取决于有限元网格的划分；而结构应力方法是一种网格不敏感的方法，预测精度具有较强的稳定性。

HongTae Kang et al.SAE

2016-01-0386.

编译：王祥