热成形焊点失效处理：实用方法分享

导言

随着全球汽车产业的高速发展，消费者越来越重视车辆碰撞安全。国内众多测评评估部门不断推出各种碰撞测试工况，给主机厂和零部件供应商持续提出新的挑战。为了缩短研发周期及开发费用，要求整车碰撞仿真分析结果具备较高可信度，从而为设计部门提供参考意见和优化方案的迭代。

焊点失效模式主要有两种：拉脱失效和焊核失效。拉脱失效指焊点热影响区材料沿焊核周围整圈撕裂而焊核保持完整；焊核失效指焊核结合面分离而母材及热影响区材料未撕裂。在仿真中，焊点失效一方面由于吸能对分析有一定程度的影响；另外焊点失效后会影响或改变载荷的传递路径和效果，影响计算的可信度。特别是在重要区域使用的热成型钣金，如AB柱加强板，它的焊核热影响区由于马氏体向回火马氏体的相变，其强度较母材减弱（如图 1 所示），热影响区的硬度较母材和焊核强度明显降低，就会导致焊点在热影响区出现拉脱失效（如图 2 所示）。

对于热成型钣金焊点的失效模拟，众多研究单位提出了基于不同网格尺寸的解决方案，如基于常规焊点的力阈值失效（如图 3 所示），基于详细焊点网格（如图 4 所示）的材料失效模型。但力阈值焊点失效模型要求输入的参数难以获取，且无法模拟热影响区处于钣金边缘时的裂纹扩展的现象。基于详细焊点网格的失效模型建模复杂，同时网格尺寸过小，不适用于整车模型的大范围应用。

基于上述背景，考虑建模方便及计算效率，编者推荐一种基于材料失效的简化热影响区焊点建模方法。基于前处理ANSA软件，能方便地将常规焊点转换成带Washer的4Hex焊点。首先，在ANSA中使用FE to Cnctn Pts命令提取需要转换的焊点Connector信息，接着基于这些Connector重新生成SPIDER2类型的4Hex焊点，命令窗口如图 5所示。转换完成后，如图 6 所示。

热成形钣金采用3mm网格划分，焊核直径6mm。热影响区尺寸1.5mm，其材料硬化曲线基于母材材料曲线整体缩放，建议根据点焊显微硬度结果设置，通常范围在0.5~0.9。失效模型采用GISSMO模型，如图 7 所示，其中需要定义失效塑性应变与三轴应力状态曲线、单元尺寸正则化因子曲线，如图 8 所示。

图 9 展示了使用上述失效焊点失效模拟方法，在某车型B柱位置焊点失效形式，与试验结果非常接近，表明该建模方法具有一定的精度，能够预测焊点失效行为。

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