摘要：焊缝承载性能是汽车底盘结构件加工质量控制的基本因素，实现汽车底盘结构件焊缝承载能力的合理评价，对于汽车承载能力提升和应用安全具有重大影响。本文以大型客车底盘结构件焊缝为研究对象，在对其进行有限元模型构建的基础上，对其焊缝承载评价的方式进行系统研究。以期有利于汽车焊缝危险位置的正确判断，进而在提升其汽车底盘承载能力的同时，实现其应用安全的有效保证。
关键词：汽车底盘；结构件；焊缝承载性能；评价方法
作为当前交通出行的基本工具，汽车结构的规范化、安全化应用至关重要。大型客车结构件焊接加工过程中，客车底盘结构件焊缝承载能力的评价是其安全性指标把控的关键所在。传统汽车加工中，通过二维壳单元进行模拟计算是客车底盘结构件焊缝承载能力评价的基本形式；然而受钢性连接和计算简化的影响，其评价精度把控的误差较大。基于此，进行现代化、高效化的盘结构件焊缝承载评价方法探究已成为当前汽车加工生产的重要内容，本文由此展开分析。
一、底盘结构件焊缝承载模型构建
模型构建是大型汽车底盘结构件焊缝承载评价的前提。现代焊缝承载性能评价中，其模型系统的高规格构建必须注重以下要点的系统把控：其一，底盘结构件焊缝承载能力评价方法是其模型构建的主要依据。具体而言，通过三维体单元进行模拟计算是当前汽车底盘结构件焊缝承载性能评价的主要方式，故在模型搭建中，必须以此为基础，在刚性连接、计算简化误差消除的基础上，实现焊缝参与应力的有效控制。其二，与其它结构件相比，大型客车底盘结构件的性质非常复杂，并且尺寸差异较大；因此，建模人员应注重焊缝与母材交界面外围轮廓线的把控，从而为该部位最大应力值提取、焊缝承载能力评价和焊缝安全系数把控提供保证。基于此，本次评价过程在HYPERMESH建模软件的支撑下，借助有限元法对其进行单元网格划分，其具体单元类型为SOLID70（如图1）。
图1大型客车底盘结构件有限元模型
二、大型客车底盘结构件的应力分布
1、底盘结构件模型处理及焊缝填充
大型客车底盘结构件焊接过程中，多工位焊接是其基本的作业形式。一般情况下，结构件焊接工位不同，其具体的约束条件也会存在差异；譬如，后桥和副车架是底盘焊接的两个关键部位，前者需要进行5个工位的焊接操作，而后者进行三个工位即可完成焊接施工；故而两者差距较为明显。底盘结构件模型处理过程中，为实现其约束条件的有效把控，故对不同工位进行差异性计算方式应用。
焊缝填充是大型客车底盘结构件加工的重点所在，结构件焊缝填充的质量直接影响其承载质量[1]。故而在焊缝填充过程中，需确保焊缝技术与焊枪运动方向的一致，同时，焊缝金属需充分的填充到熔池当中。本次结构件焊缝承载评价过程中，生死单元技术是焊缝金属填充模拟的重要方式，同时，其热源模型为内部生热热源。具体而言，在焊缝单元分段处理的基础上，进行所有焊缝杀死，然后逐一复活杀死单元的基础上，进行复活单元的热源加载，最后一定时间段热量传递后，进行热源的删除，实现了焊缝的有效填充，为其残余应力高效评价奠定了基础。
2、焊缝残余应力分布特征
大型客车底盘加工生产中，各种工艺因素会对其整体造成较大影响，并且部分影响不会随着其制约因素的消失而去除，并持续性的对结构件产生作用，从而导致残余应力的产生。应用过程中，残余应力会直接作用与大型客车的底盘结构件，并影响其整体的承载能力。基于此，进行底盘结构件残余应力的特征分析势在必行。
通过对大型客车底盘结构件应力计算，可知其焊缝残余应力具有以下特征：其一，焊缝承载过程中，焊缝与母材交界面外围轮廓线的区域存在定的应力失效。在悬架臂和衬套管与该部位焊缝结合过程中，其残余应力多以拉应力位置，并且底盘结构两端的应力变化较大，而中间的应力变化较小。其二，底盘焊接过程存在一定的时间误差，此时，后焊接焊缝上的应力峰值明显高于前焊的焊缝，即前焊焊缝会受到后焊施工的后热影响，这使得焊缝与母材交界面上的残余应力有所增大。
3、底盘结构件的合成应力分布
大型客车底盘结构件应用过程中，工作载荷和焊接残余应力是其合成应力的两个基本组成。记载焊缝承载能力评价过程中，需在把控这两个应力组成分布特征的基础上，对其进行合成计算。本次评价以悬架臂和陈套管为合成应力评定区域，在系统计算其合成应力变化的基础上，实现了其危险区域的有效确定。
三、大型客车底盘结构件焊缝承载评价方法应用
1、焊缝承载评价方法
本次焊缝承载能力评价过程中，评价人员以大型客车底盘的后桥与副车架为研究对象，并在其有限元模型建立的基础上，进行了悬架臂与衬套管的合成应力场的分布特征的俱把控。焊缝承载评价过程中，若假定焊缝与母材交界面轮廓线上存在最大应力值δmax，且焊缝承载的安全系数N可通过以下公式进行表示：
其中δbw表示微观断裂强度。实际生产过程中，后桥和副车架等底盘结构件是汽车承载能力的重要影响因素。一般情况下，其荷载承担具有以下特征：其一，底盘的结构件的荷载承受容量较大，一方面，其要进行自身质量的有效承担，另一方面，车身其它结构的应用也会对底盘造成一定负荷。其二，负载型是汽车底盘荷载的重要特征。具体而言，在底盘制造过程中，受结构件形态、焊接质量、应用部位的影响，其彼此间的残余应力分布变化较大，这对整体合成应力的计算造成影响。故而整体控制难度较大。
2、焊缝承载评价结果
汽车底盘安全评价是其承载能力评定的基础，同时也是其焊缝危险位置判定的前提；确保焊缝承载评价方式的科学化、合理化把控意义重大。本次评定过程中，通过三维单元方式应用，工作人员在建模软件的支撑下进行了SOLID70模型体的建立。然后系统性的进行底盘结构件模型处理及焊缝填充，并在残余应力特征分析和合成应力计算的基础上，进行了底盘结构件焊缝安全系数的准确计算。确保重要焊缝的安全系数N保持在1.8≤N≤2.5,而一般焊缝和联系焊缝安全系数分别保持在1.4≤N＜1.8和N≥1.4，为大型客车应用质量的提升提供了有效保证。
结论
大型客车底盘结构件焊缝承载评价对其质量化应用具有重大影响。实践过程中，汽车制造人员只有充分认识到底盘结构件焊缝承载性能评价的必要性，并在HYPERMESH建模软件的支撑下，进行其评价对象模型的系统建立，然后在客车底盘结构件应力分布的基础上，进行焊缝评价方法的系统应用，并确保其重要焊缝、一般焊缝和联系焊缝安全系数的控制合理。
参考文献：
[1]刘建军,殷鹏飞,张琳琳.带焊缝缺陷的输电钢管杆塔构件承载力评估[J].建筑钢结构进展,2017,19(2):53-59.
论文作者:莫晨晖
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/4
标签：应力论文; 底盘论文; 结构件论文; 评价论文; 客车论文; 过程中论文; 残余论文; 《防护工程》2018年第35期论文;