一种金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法技术

本发明专利技术专利基于一种焊点失效判定模型，提供了相应的针对金属板材电阻点焊焊点在复合加载条件下的力学性能试验评价流程方法。其包括以下步骤：步骤1：焊前试样准备；步骤2：进行点焊试验；步骤3：进行不同加载角度下的点焊焊点力学性能试验；步骤4：进行试验数据处理；步骤5：建立焊点复合加载失效力学性能判定模型。利用本专利试验评价方法，仅通过几组剪切拉伸与正向拉伸试验，经简单的数据拟合处理后即可建立对应材料焊点在剪切-正拉复合加载条件下的失效判定模型，并应用于汽车安全数值模拟过程中，实现对焊点在复杂应力状态下力学性能、失效模式等方面的仿真预测，具有流程简单、测评成本低、效率高等优势，有利于提升国内现有汽车安全模拟技术水平。

【技术实现步骤摘要】
所属
：本专利技术属于一种金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，适用于对各类金属板材电阻点焊焊点在复合加载条件下力学性能、失效模式的仿真预测。
技术介绍
：点焊工艺是目前以汽车为代表的诸多工业制造领域内应用最为广泛的连接技术手段之一，在汽车产品实际服役过程中，焊点常常将同时承受沿结合面分布的剪切撕裂力及沿焊点法向分布的正向拉力，实际体现为这两种载荷力的合力。因此，研究在复合应力加载条件下焊点的力学性能变化较单一加载模式更符合实际情况。此外，近年来随着各类先进高强钢、超高强度钢等材料被大量应用于汽车制造中，成为汽车安全结构件的最主要的原材料类别，研究这些材料焊点在更为真实的服役承载环境下的力学行为特性对于进一步推进我国汽车的安全设计开发技术水平具有重大意义。其次，近年来数值模拟法已经成为国内外汽车安全设计领域最基本、重要的技术手段之一。采用数值模拟法对焊点的失效进行模拟，可有效避免真实试验误差对试验结果的影响，灵活地对焊点的各种影响因素进行综合研究和分析。通过模拟对汽车上各焊点的力学性能、失效模式等进行预测，能大大减少实际发生的试验工作量，显著降低企业开发成本、提升开发效率。对焊点进行数值模拟的关键在于提升模拟的精度，即模拟结果能最大程度上反映出焊点的真实力学性能变化规律，而这首先得益于合理的焊点失效模型的建立。目前国内针对汽车零部件焊点失效的模拟尚处于起步阶段，大量企业在进行汽车安全性能模拟时要么不专门对焊点进行分析，要么依旧沿用一些模拟软件附带的简化的焊点模型进行处理，由于这些模型大多无法准确的反映实际服役环境下焊点的力学性能特性，往往导致模拟结果与真实试验结果之间存在较大的差距。国外研究者近年来基于金属板材焊点结构特性，从断裂力学角度出发，建立了更为合理、可靠的焊点失效判定模型，并成功应用于模拟中，取得了良好的效果。目前，在诸如ABAQUS、Explicit、LS-DYNA3D等典型模拟软件中针对焊点失效主要使用的是所谓的椭圆失效模型，其形式具体如下式(1)。Fe=(fsFs)2+(fnFn)2---(1)]]>上式中：fs与fn为实际作用于焊点沿结合面切向及法向两个方向上的载荷力分值；Fs与Fn为焊点经试验得出的最大剪切力与最大正向拉伸力值。当Fe值＝1时，即判定焊点发生失效。通过对上述式(1)提出的模型进行完善改进，提出的另一种焊点失效判定模型具体形式如式(2)，β为拟合系数。当Fe值满足＝1时，即判定焊点发生失效。Fe=(fsFs)2+β(fsFs)(fnFn)+(fnFn)2---(2)]]>当前，国内大量汽车企业对碰撞等服役环境中焊点的力学性能、失效行为等进行模拟时，不清楚如何应用相关试验手段获取参数，并通过一定的数据处理流程，构建相应的焊点模型。对现有相关技术的文献检索结果表明：CN101614637公开了“一种测量焊点拉伸强度的装置和试验方法”，介绍了一种基于盒状试样设计的单一正向拉伸方法，可满足焊点所在拉伸表面变形均匀性要求；CN201477012U公开了“变角度剪切试验夹具”介绍了一种基于双V形试样结构的变角度力学性能测试夹具，适用于对各类工业化材料性能的批量化测试；CN202649056U公开了“用于测量焊点剪切强度的试验装置”，介绍了一种可确保焊点在拉伸过程中保持纯剪切状态的夹具；CN104785947A公开了一种“判断复合作用下点焊接头失效的方法”，基于“U”型试样设计，在对焊点进行一系列力学性能测试基础上，提出了焊点在复合加载条件下的失效判定模型，但该方法流程复杂，试验工作量较大，且适用于一般普通钢材，针对目前在汽车领域广泛使用的各类超高强度钢如热成形钢等，因强度过高而难以满足“U”型试样加工对弯曲等工序的要求。综上所述，以上方法及其夹具或是仅能实现对焊点在单一剪切、正向拉伸等状态条件下力学性能的测试，且针对如何通过开展试验，搭建相应的焊点失效判定模型，并应用于安全数值模拟过程中去无所涉及。或是试验流程过于复杂化，且对试样加工的要求较高，尤其针对热成形钢等更高强度的材料并不适用。本专利基于上述情况，面向国内汽车企业，提供了基于一种焊点失效判定模型的试验评价方法。针对不同特性的焊点，通过一定的步骤，结合相关数据处理手段，构建具体的焊点失效判定模型，并应用于汽车碰撞模拟中，实现对焊点在复合加载模式下力学性能、失效情况的高精度仿真预测。
技术实现思路
：为提升国内现阶段汽车零部件焊点服役性能模拟技术水平，本专利针对一种焊点失效判定模型，提出了基于该模型构建的相关参数试验采集及处理流程方法，通过试验手段获取相关参数，建立失效模型，并将其运用于汽车碰撞模拟中，可提升焊点失效预测的精确性。具体步骤如下：1.一种金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，包括以下步骤：步骤1：进行焊前试样准备；步骤2：进行点焊试验；步骤3：进行不同加载角度下的点焊焊点力学性能试验；步骤4：进行试验数据处理；步骤5：建立焊点复合加载失效力学性能判定模型。所述步骤1，焊前需对试焊样片进行表面去污预处理，试样包含“剪切型”及“正拉型”两种对称型搭接结构。所述步骤2，在焊接设备上按同一参数条件完成两种点焊试样制备，电极规格、参数设置应与实际生产过程完全一致，此外焊接过程中应确保焊点位置处于上下端样片搭接区正中心。所述步骤3，具体流程如下：步骤301：将“剪切型”点焊试样置于材料拉伸试验机上完成0°拉伸测试，重复试验3次，记录下每次焊点最大剪切力值，并求出平均值；步骤302：利用夹具完成“正拉型”点焊试样装配，并调整夹具至30°拉伸位置，将夹具置于材料拉伸试验机上完成30°拉伸测试，重复试验3次，记录下每次的点焊最大载荷力值，并求出平均值；步骤303：按照步骤302流程，完成60°拉伸测试；步骤304：按照步骤302流程，完成90°拉伸测试。所述步骤4，基于加载角度及其对应的最大载荷力平均值，通过计算求得沿焊点纯剪切、法向两个方向上对应的载荷力分值；所述步骤5，基于不同加载角度条件下沿焊点切向及法向两个方向的载荷分值，采用椭圆曲线模型关系式对试验数据进行拟合，建立焊点在复合加载条件下的失效载荷判定模型。本专利面向广大汽车企业提供了一种先进的焊点椭圆失效判定模型，并给出了相应的搭建该模型的试验技术方法，与现有技术水平相比，有效解决了国内当前汽车业界普遍存在的焊点仿真与焊点试验相互隔离的问题。此外，基于本专利模型提出的试验流程简便易行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：进行焊前试样准备；步骤2：进行点焊试验；步骤3：进行不同加载角度下的点焊焊点力学性能试验；步骤4：进行试验数据处理；步骤5：建立焊点复合加载失效力学性能判定模型。

【技术特征摘要】
1.一种金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：进行焊前试样准备；
步骤2：进行点焊试验；
步骤3：进行不同加载角度下的点焊焊点力学性能试验；
步骤4：进行试验数据处理；
步骤5：建立焊点复合加载失效力学性能判定模型。
2.根据权利要求1所述的金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，其特征在
于：所述步骤1焊前需对试焊样片进行表面去污预处理，试样包括“剪切型”及“正拉型”两种
对称型搭接结构。
3.根据权利要求1所述的金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，其特征在
于：所述步骤2在焊接设备上按同一参数条件完成两种点焊试样制备，电极规格、参数设置
应与实际生产过程完全一致，此外焊接过程中确保焊点位置处于上下端样片搭接区正中
心。
4.根据权利要求1所述的金属电阻点焊焊点变角度力学性能试验评价方法，其特征在
于：步骤3具体流程如下：
步骤301：将“剪切型”点焊试样置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯毅，周佳，万鑫铭，李阳，赵清江，金庆生，白乐，王小宁，高丽，王光耀，
申请(专利权)人：中国汽车工程研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50