高强钢点焊接头失效行为及仿真模型研究

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点焊连接仍旧是汽车工业中主流的连接技术,点焊接头失效情况是汽车碰撞过程中必须关注的环节。在汽车轻量化的大趋势下,高强钢材料已经在汽车车身制造中得以广泛使用,高强钢点焊接头的研究也越来越受到重视。为有效缩短产品开发时间、节省开发成本,需要利用有限元仿真技术进行结构优化设计。同时,随着安全法规的日益严格,碰撞仿真结果的精度要求也越来越高,这就需要有更为准确的高强钢点焊接头失效模型。本论文首先对高强钢板材进行材料试验,针对断裂分析的要求对剪切和缺口试件进行了详细分析,给出了基本形状和尺寸范围,同时改进了穿孔试验夹具。为了进一步了解焊点结构内各部分材料的弹塑性特点和失效行为,本论文设计了一套新的小试件及其试验夹具,使得试件加工和试验操作相对简化的同时,试验结果也较为理想。由于点焊结构的复杂性,焊点试验结果的重复性通常难以得到保证。论文设计了一种简单的点焊夹具,以提高点焊试件中焊点位置的一致性。本文提出了一种新的材料硬化曲线确定方法,使研究者通过单一参数的优化即可获得材料颈缩后段整条硬化曲线;详细研究了单向拉伸试验模拟中网格尺寸对断裂的影响,确定了其主要影响因素。使用单向拉伸、缺口拉伸、剪切及穿孔试验结果,对材料的MMC(ModifiedMohr-Coulumb)模型和基于剪切修正的Gurson模型进行了标定。同时,论文结合十字拉伸试件和焊点显微硬度测试结果确定了焊核内母材、热影响区和焊核三个区域的尺寸范围;在此基础上根据点焊小试件的试验结果,确定了焊核和热影响区的材料参数。在点焊模拟中,我们将热影响区和焊核分别简化为母材材料和刚体,并结合母材断裂分析结果比较了MMC模型和基于剪切修正的Gurson模型对异种钢点焊试验预测结果。分析表明,两种模型均能很好地预测两种试验的失效行为。另外论文使用点焊各区域材料参数建立了精细模型,该模型能够很好地预测搭接试验中拉拔失效和焊核失效两种失效模式。另外论文探讨了简化材料模型的可行性,为未来的点焊模拟研究提供了参考。
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