CN117574739A - 一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，该方法包括：对母材标准样件进行轴向拉伸试验，得到母材工程应力应变曲线；通过转换公式将所述母材工程应力应变曲线转换为母材的真实应力应变曲线；建立剪切拉伸式样模型；对焊点区域进行硬度测试，得到各区域的硬度值，基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线；将焊核区、热影响区以及母材区对应的真实应力应变曲线关联到对应的区域；将下板母材区的重叠部分四周边缘的Z平动的方向进行约束，在上板母材区的重叠部分四周边缘加载等效板材间隔大小的强制位移，进行分析计算，得到翘曲缺陷焊点模型。
Description
技术领域
本申请涉及翘曲缺陷焊点数值仿真技术领域，特别是涉及一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法。
背景技术
电阻点焊是汽车车身钣金件连接最方便有效且重要的连接方式，据统计，每辆汽车车身上大约有2000-5000焊点，而焊点的局部失效，在很大程度上影响着汽车各个性能指标，包括刚强度、噪声以及耐久性。由于焊接是一个高度集中的瞬时热输入，缓慢冷却的过程；在实际车身焊接中，汽车车身钣金存在形状、尺寸、焊接装夹及焊点定位等误差因素，因此汽车车身钣金件在焊接前有一定的翘曲角度或空间间隔，从而产生焊接翘曲缺陷，影响焊点的疲劳寿命。由于焊接过程会导致焊点及其周围的内部组织发生一定的变化，因此，焊核及其周围区域的力学性能不同于母材，故数值仿真分析时以母材的力学性能进行研究会降低其预测精度；另外，翘曲缺陷焊点的数值仿真在按正向建模的方式进行模拟时，相对比较繁琐，且不能有效的使其继承由焊接间隙导致焊后形成翘曲缺陷焊点的残余变形行为。
发明内容
基于此，有必要提供一种基于等效位移法，且能够实现翘曲缺陷焊点的精细化的仿真模拟的方法，具体为一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法。
本发明提供了一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，该方法包括：
S1：对母材标准样件进行轴向拉伸试验，得到母材工程应力应变曲线；通过转换公式将所述母材工程应力应变曲线转换为母材的真实应力应变曲线；
S2：将实体焊点样件的焊点区域划分为焊核区、热影响区以及母材区，建立剪切拉伸式样模型；对所述焊点区域进行硬度测试，得到各区域的硬度值，基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线；
S3：将焊核区、热影响区以及母材区对应的真实应力应变曲线关联到对应的区域；
S4：将下板母材区的重叠部分四周边缘的Z平动的方向进行约束，在上板母材区的重叠部分四周边缘加载等效板材间隔大小的强制位移，进行分析计算，得到翘曲缺陷焊点模型。
优选的，转换公式表示为：
；
；
其中，表示真实应力；/>表示母材工程应力应变曲线的应力；/>表示真实应变；/>表示母材工程应力应变曲线的应变。
优选的，在所述剪切拉伸式样模型中焊核区以及热影响区的尺寸以实体焊点样件中对应部分的尺寸为准。
优选的，所述对所述焊点区域进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，包括：
步骤1：对所述实体焊点样件分别就进行切割、镶嵌、打磨，得到硬度测试的硬度试验样件；
步骤2：采用数显自动硬度测试仪，并按照预先设定的路线进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值。
优选的，所述基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线，包括：
步骤1：基于焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，通过硬度值与材料屈服强度之间的经验公式，得到母材的真实应力应变曲线分别与焊核区、热影响区应力应变曲线的拟合公式；
步骤2：根据所述母材的真实应力应变曲线以及所述拟合公式，分别拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线。
优选的，所述经验公式表示为：
；
；
其中，表示焊核区的硬度值；/>表示热影响区的硬度值；H表示真实材料屈服强度；n表示为材料硬化指数。
优选的，所述拟合公式表示为：
；
；
其中，表示热影响区对应的真实应力应变曲线；/>表示焊核区对应的真实应力应变曲线；/>表示母材的真实应力应变曲线；/>表示热影响区第i个测点的硬度；/>表示焊核区第i个测点的硬度；/>表示母材区第i个测点的硬度；m表示硬度测点的个数。
优选的，还包括，S5：将所述翘曲缺陷焊点模型导入至有限元软件中，赋予所述翘曲缺陷焊点模型中的不同区域以不同的材料属性，并根据焊点物理实验中的约束加载条件对所述翘曲缺陷焊点模型进行约束加载，通过有限元软件进行分析计算，计算得到翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线。
优选的，所述约束加载条件包括：
约束所述翘曲缺陷焊点模型中下板母材区端部20mm区域的x、y、z方向的平动和转动自由度，并在上板母材区端部20mm区域加载x方向的运输加载位移。
优选的，还包括，S6：制作与所述翘曲缺陷焊点模型相对应的翘曲缺陷焊点样件，采用万能试验机对所述翘曲缺陷焊点样件进行静态拉伸试验，得到翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线；
将所述翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线与所述翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线进行对比分析，基于对比分析结果评估使用所述翘曲缺陷焊点模型进行翘曲缺陷焊点仿真的准确性。
有益效果：
1、该方法通过对焊点区域进行分区，然后对不同区域赋予其对应的力学性能，从而便于后续更加准确的通过有限元分析预测出翘曲缺陷焊点的变形力学行为；
2、该方法可以更加快速地对翘曲缺陷焊点进行建模，并且不会忽略焊接翘曲带来的残余力学行为；
3、通过精细化的仿真建模分析，可以较快速且更加准确地预测翘曲缺陷焊点相应的力学行为。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1所示，本实施例提供了一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，该方法包括：
S1：对母材标准样件进行轴向拉伸试验，得到母材工程应力应变曲线；通过转换公式将所述母材工程应力应变曲线转换为母材的真实应力应变曲线。
进一步的，转换公式表示为：
；
；
其中，表示真实应力；/>表示母材工程应力应变曲线的应力；/>表示真实应变；/>表示母材工程应力应变曲线的应变。
S2：将实体焊点样件的焊点区域划分为焊核区、热影响区以及母材区，建立剪切拉伸式样模型；对所述焊点区域进行硬度测试，得到各区域的硬度值，基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线。
在本实施例中，在所述剪切拉伸式样模型中焊核区以及热影响区的尺寸以实体焊点样件中对应部分的尺寸为准。
进一步的，对所述焊点区域进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，包括：
步骤1：对所述实体焊点样件分别就进行切割、镶嵌、打磨，得到硬度测试的硬度试验样件；
步骤2：采用数显自动硬度测试仪，并按照预先设定的路线进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值。
更进一步的，基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线，包括：
步骤1：基于焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，通过硬度值与材料屈服强度之间的经验公式，得到母材的真实应力应变曲线分别与焊核区、热影响区应力应变曲线的拟合公式；
经验公式表示为：
；
；
其中，表示焊核区的硬度值；/>表示热影响区的硬度值；H表示真实材料屈服强度；n表示为材料硬化指数。
拟合公式表示为：
；
；
其中，表示热影响区对应的真实应力应变曲线；/>表示焊核区对应的真实应力应变曲线；/>表示母材的真实应力应变曲线；/>表示热影响区第i个测点的硬度；/>表示焊核区第i个测点的硬度；/>表示母材区第i个测点的硬度；m表示硬度测点的个数。
步骤2：根据所述母材的真实应力应变曲线以及所述拟合公式，分别拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线。
S3：将焊核区、热影响区以及母材区对应的真实应力应变曲线关联到对应的区域。
S4：将下板母材区的重叠部分四周边缘的Z平动的方向进行约束，在上板母材区的重叠部分四周边缘加载等效板材间隔大小的强制位移，进行分析计算，得到翘曲缺陷焊点模型。
S5：将所述翘曲缺陷焊点模型导入至有限元软件中，赋予所述翘曲缺陷焊点模型中的不同区域以不同的材料属性，并根据焊点物理实验中的约束加载条件对所述翘曲缺陷焊点模型进行约束加载，通过有限元软件进行分析计算，计算得到翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线。
进一步的，所述约束加载条件包括：
约束所述翘曲缺陷焊点模型中下板母材区端部20mm区域的x、y、z方向的平动和转动自由度，并在上板母材区端部20mm区域加载x方向的运输加载位移。
S6：制作与所述翘曲缺陷焊点模型相对应的翘曲缺陷焊点样件，采用万能试验机对所述翘曲缺陷焊点样件进行静态拉伸试验，得到翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线；
将所述翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线与所述翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线进行对比分析，基于对比分析结果评估使用所述翘曲缺陷焊点模型进行翘曲缺陷焊点仿真的准确性。
本实施例提供的这种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法具有以下有益效果：
1、该方法通过对焊点区域进行分区，然后对不同区域赋予其对应的力学性能，从而便于后续更加准确的通过有限元分析预测出翘曲缺陷焊点的变形力学行为；
2、该方法采用等效位移法可以更加快速地对翘曲缺陷焊点进行建模，并且不会忽略焊接翘曲带来的残余力学行为；
3、通过精细化的仿真建模分析，可以较快速且更加准确地预测翘曲缺陷焊点相应的力学行为。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，包括：
S1：对母材标准样件进行轴向拉伸试验，得到母材工程应力应变曲线；通过转换公式将所述母材工程应力应变曲线转换为母材的真实应力应变曲线；
S2：将实体焊点样件的焊点区域划分为焊核区、热影响区以及母材区，建立剪切拉伸式样模型；对所述焊点区域进行硬度测试，得到各区域的硬度值，基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线；
S3：将焊核区、热影响区以及母材区对应的真实应力应变曲线关联到对应的区域；
S4：将下板母材区的重叠部分四周边缘的Z平动的方向进行约束，在上板母材区的重叠部分四周边缘加载等效板材间隔大小的强制位移，进行分析计算，得到翘曲缺陷焊点模型。
2.根据权利要求1所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，转换公式表示为：
；
；
其中，表示真实应力；/>表示母材工程应力应变曲线的应力；/>表示真实应变；/>表示母材工程应力应变曲线的应变。
3.根据权利要求1所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，在所述剪切拉伸式样模型中焊核区以及热影响区的尺寸以实体焊点样件中对应部分的尺寸为准。
4.根据权利要求1所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，所述对所述焊点区域进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，包括：
步骤1：对所述实体焊点样件分别就进行切割、镶嵌、打磨，得到硬度测试的硬度试验样件；
步骤2：采用数显自动硬度测试仪，并按照预先设定的路线进行硬度测试，得到焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值。
5.根据权利要求1所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，所述基于各区域的硬度值，并基于所述母材的真实应力应变曲线，拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线，包括：
步骤1：基于焊核区、热影响区以及母材区对应的硬度值，通过硬度值与材料屈服强度之间的经验公式，得到母材的真实应力应变曲线分别与焊核区、热影响区应力应变曲线的拟合公式；
步骤2：根据所述母材的真实应力应变曲线以及所述拟合公式，分别拟合出焊核区以及热影响区对应的真实应力应变曲线。
6.根据权利要求5所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，所述经验公式表示为：
；
；
其中，表示焊核区的硬度值；/>表示热影响区的硬度值；H表示真实材料屈服强度；n表示为材料硬化指数。
7.根据权利要求5所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，所述拟合公式表示为：
；
；
其中，表示热影响区对应的真实应力应变曲线；/>表示焊核区对应的真实应力应变曲线；/>表示母材的真实应力应变曲线；/>表示热影响区第i个测点的硬度；表示焊核区第i个测点的硬度；/>表示母材区第i个测点的硬度；m表示硬度测点的个数。
8.根据权利要求1所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，还包括，S5：将所述翘曲缺陷焊点模型导入至有限元软件中，赋予所述翘曲缺陷焊点模型中的不同区域以不同的材料属性，并根据焊点物理实验中的约束加载条件对所述翘曲缺陷焊点模型进行约束加载，通过有限元软件进行分析计算，计算得到翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线。
9.根据权利要求8所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，所述约束加载条件包括：
约束所述翘曲缺陷焊点模型中下板母材区端部20mm区域的x、y、z方向的平动和转动自由度，并在上板母材区端部20mm区域加载x方向的运输加载位移。
10.根据权利要求8所述的翘曲缺陷焊点的精细化数值仿真方法，其特征在于，还包括，S6：制作与所述翘曲缺陷焊点模型相对应的翘曲缺陷焊点样件，采用万能试验机对所述翘曲缺陷焊点样件进行静态拉伸试验，得到翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线；
将所述翘曲缺陷焊点样件的力与位移的曲线与所述翘曲缺陷焊点模型中的力与位移的曲线进行对比分析，基于对比分析结果评估使用所述翘曲缺陷焊点模型进行翘曲缺陷焊点仿真的准确性。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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