一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法技术

本发明专利技术涉及仿真分析技术领域，具体公开了一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法，包括建立搅拌摩擦焊结构工艺成型的有限元模型并提取成型过程中的温度场分布模型；基于温度场分布模型划分多个焊接区，分别确定各个焊接区的边界并建立精细仿真模型；对搅拌摩擦焊结构实物进行拉伸测试，分别提取各个焊接区的材料本构带入至精细仿真模型，修正各个材料本构直至拉伸测试的结果和拉伸仿真的结果基本吻合；将多个焊接区分为两个组成部分并分别建立组合拉伸仿真模型，仿真输出应力应变曲线并将其处理成组合材料本构；将组合材料本构分别带入到两个组成部分形成的接头区，以得到搅拌摩擦焊接耐撞仿真模型，该仿真方法计算效率高且适用性强。且适用性强。且适用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法


[0001]本专利技术涉及仿真分析
，尤其涉及一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法。

技术介绍

[0002]在汽车制造领域，传统燃油汽车车身结构主要应用钢铁材料，轻质材料应用较少，但随着新能源汽车的发展，续航里程成为顾客使用体验的主要影响因素。在目前技术条件下，提升汽车的轻量化水平是增加新能源汽车续航里程的一个有效可行的方式，因此轻质材料获得了越来越多的应用。传统的连接工艺存在质量不稳定，适用性差，电极寿命短，易出现气孔、裂纹，以及焊接变形大等问题，难以适应新的发展需求。由于在轻质材料及异种材料连接上的天然优势以及良好的综合成本，所以搅拌摩擦焊在汽车制造过程中正发挥越来越重要的作用。较于传统连接方式，搅拌摩擦焊技术具有适用范围广、接头质量高、焊接成本低及绿色环保等特点。但由于搅拌摩擦焊连接存在组织与力学性能的不均匀性，导致其失效行为与力学行为不均匀性紧密相关。
[0003]现有技术中用于搅拌摩擦焊连接仿真的一种简化方法为偏移出一排壳单元进行分析，此种方法计算效率高，但未进行焊接的区域需要单独进行材料本构确认，无法准确的表征焊接连接不同区域的力学性能，导致仿真与实际存在较大差异，无法在设计前期识别设计风险，由于上述原因，导致试验样车数量增加，整车耐撞性能开发周期及成本增加；并且现有仿真方法无法准确的表述焊接区尺寸，导致焊接区失效方式与实际差异较大。另一种方法是采用精细化的实体单元表征，但由于其特征尺寸太小，仿真计算工作量庞大，无法满足在整车级耐撞中的应用。r/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：提供一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法，其计算效率高，仿真分析的精确度高。
[0005]本专利技术提供一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法，该基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法包括：
[0006]S1：建立搅拌摩擦焊结构工艺成型的有限元模型；基于所述有限元模型进行工艺成型仿真，提取搅拌摩擦焊结构成型过程中的温度场分布模型；
[0007]S2：基于所述温度场分布模型划分多个焊接区，多个所述焊接区以焊接头为中心向焊缝的两侧对称分布，多个所述焊接区的温度各不相同；分别确定各个所述焊接区的边界；基于所述温度场分布模型进行实体网格划分，并建立精细仿真模型；
[0008]S3：提供搅拌摩擦焊结构实物，并依据多个所述焊接区的边界对所述搅拌摩擦焊结构实物进行拉伸测试，分别提取各个所述焊接区的材料本构；将多个所述焊接区的材料本构分别带入至所述精细仿真模型；
[0009]S4：对精细仿真模型进行仿真拉伸，并依据拉伸测试的结果和仿真拉伸的结果对
精细仿真模型中的多个所述焊接区的材料本构进行修正，直至拉伸测试的结果和拉伸仿真的结果的吻合度不小于设定值；
[0010]S5：多个所述焊接区中的一部分依次相邻且为第一组成部分，多个所述焊接区中的另一部分依次相邻且为第二组成部分，建立所述第一组成部分的第一组合拉伸仿真模型，建立所述第二组成部分的第二组合拉伸仿真模型；对所述第一组合拉伸仿真模型进行仿真拉伸，输出第一组合应力
‑
应变曲线，并将所述第一组合应力
‑
应变曲线处理成第一组合有效塑性应力
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应变曲线，以形成第一组合材料本构；对所述第二组合拉伸仿真模型进行仿真拉伸，输出第二组合应力
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应变曲线，并将所述第二组合应力
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应变曲线处理成第二组合有效塑性应力
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应变曲线，以形成第二组合材料本构；
[0011]S6：在所述精细仿真模型的基础上，依据多个所述焊接区的边界，将所述第一组成部分合并为第一接头区，将所述第二组成部分合并为第二接头区，将所述第一组合材料本构赋予所述第一接头区，将所述第二组合材料本构赋予所述第二接头区，得到搅拌摩擦焊接耐撞仿真模型。
[0012]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，S1中，搅拌摩擦焊结构工艺成型采用的材料本构的表达式为：
[0013][0014]σ
ε
为等效屈服应力，为等效塑性应变，为无纲量等效应塑性应变率，为参考应变率，T
*m
＝(T
‑
T
r
)/(T
m
‑
T
r
)为无量纲温度，T为实际试验温度；T
m
为材料的熔点，T
r
为参考温度，A为材料屈服应力，B为应变硬化因数，C为应变率敏感指数，m为温度软化指数，n为加工硬化指数。
[0015]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，S1中的有限元模型采用任意的拉格朗日
‑
欧拉自适应网格。
[0016]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，S1中的有限元模型采用欧拉边界。
[0017]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，材料在滑移边界的切向方向上能够自由移动，在滑移边界的法向方向上和网格点同步运动。
[0018]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，S2中的精细仿真模型的网格的特征尺寸平均为0.5mm。
[0019]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，所述设定值为85％。
[0020]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，搅拌摩擦焊接耐撞仿真模型的网格平均特征尺寸为3mm。
[0021]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，多个所述焊接区的数量为四个，四个所述焊接区分别为第三焊缝区、第二焊缝区、第一焊缝区和热影响区。
[0022]作为基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法的优选技术方案，所述第一组成部分包括所述热影响区和所述第一焊缝区，所述第二组成部分包括所述第二焊缝区和所述第三焊缝区。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术提供一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法，该基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法包括建立搅拌摩擦焊结构工艺成型的有限元模型；基于有限元模型进行工艺成型仿真，提取搅拌摩擦焊结构成型过程中的温度场分布模型；基于温度场分布模型划分多个焊接区，并分别确定各个焊接区的边界；基于温度场分布模型进行实体网格划分，并建立精细仿真模型；提供搅拌摩擦焊结构实物，并依据多个焊接区的边界对搅拌摩擦焊结构实物进行拉伸测试，分别提取各个焊接区的材料本构；将多个焊接区的材料本构分别带入至精细仿真模型；对精细仿真模型进行仿真拉伸，并依据拉伸测试的结果和仿真拉伸的结果对精细仿真模型中的多个焊接区的材料本构进行修正，直至拉伸测试的结果和拉伸仿真的结果的吻合度不小于设定值；建立第一组成部分的第一组合拉伸仿真模型，建立第二组成部分的第二组合拉伸仿真模型；对第一组合拉伸仿真模型进行仿真拉伸，输出第一组合应力
‑
应变曲线，并将第一组合应力...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于整车耐撞的搅拌摩擦焊连接仿真方法，其特征在于，包括：S1：建立搅拌摩擦焊结构工艺成型的有限元模型；基于所述有限元模型进行工艺成型仿真，提取搅拌摩擦焊结构成型过程中的温度场分布模型；S2：基于所述温度场分布模型划分多个焊接区，多个所述焊接区以焊接头为中心向焊缝的两侧对称分布，多个所述焊接区的温度各不相同；分别确定各个所述焊接区的边界；基于所述温度场分布模型进行实体网格划分，并建立精细仿真模型；S3：提供搅拌摩擦焊结构实物，并依据多个所述焊接区的边界对所述搅拌摩擦焊结构实物进行拉伸测试，分别提取各个所述焊接区的材料本构；将多个所述焊接区的材料本构分别带入至所述精细仿真模型；S4：对精细仿真模型进行仿真拉伸，并依据拉伸测试的结果和仿真拉伸的结果对精细仿真模型中的多个所述焊接区的材料本构进行修正，直至拉伸测试的结果和拉伸仿真的结果的吻合度不小于设定值；S5：多个所述焊接区中的一部分依次相邻且为第一组成部分，多个所述焊接区中的另一部分依次相邻且为第二组成部分，建立所述第一组成部分的第一组合拉伸仿真模型，建立所述第二组成部分的第二组合拉伸仿真模型；对所述第一组合拉伸仿真模型进行仿真拉伸，输出第一组合应力
‑
应变曲线，并将所述第一组合应力
‑
应变曲线处理成第一组合有效塑性应力
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应变曲线，以形成第一组合材料本构；对所述第二组合拉伸仿真模型进行仿真拉伸，输出第二组合应力
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应变曲线，并将所述第二组合应力
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应变曲线处理成第二组合有效塑性应力
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应变曲线，以形成第二组合材料本构；S6：在所述精细仿真模型的基础上，依据多个所述焊接区的边界，将所述第一组成部分合并为第一接头区，将所述第二组成部分合并为第二接头区，将所述第一组合材料本构赋予所述第一接头区，将所述第二组合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：籍龙波，王士彬，朱学武，杨航，芦强强，丁建鹏，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：