课题基金 / 基金详情

汽车车身点焊接头及整车疲劳断裂完整实体分析

批准号:
11472102
项目类别:
面上项目
资助金额:
92.0 万元
负责人:
张见明
依托单位:
学科分类:
计算固体力学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
彭凡、谢贵重、黄橙、郑兴帅、陆陈俊、李源、韩磊、汪攀、舒小敏

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
电阻点焊广泛应用于汽车车身等薄板结构的装配工艺中。点焊接头在其周围构成一个外裂纹,疲劳断裂是其主要失效形式。点焊结构疲劳性能评价依赖焊点附近的应力计算精度。有限元法用板、壳、梁等单元模拟焊点,计算模型在几何形状和拓扑连接上都与实际结构相差甚远,应力精度很低,以致点焊结构的应力分析一直是其疲劳断裂研究中的难点。本项目拟以直接在CAD几何模型上进行应力分析的边界面法,对点焊结构进行完整实体应力分析,避免结构几何上的抽象和简化,将点焊接头视作裂纹,精确计算接头局部应力及应力强度因子。项目研究内容包括:全自动的点焊接头几何建模和网格划分技术;基于边界面法的CAD与CAE真正的无缝连接技术;高效高精度的超奇异和近奇异积分技术;边界积分方程的大规模快速算法;并行算法和基于GPU等硬件加速技术。目标是在普通工作站上的求解规模达到300万自由度以上,从而实现包含数千个裂纹(焊点)的整车身完整实体应力分析。
英文摘要
Resistance spot welding is the most widely used method for connecting metal sheets in automotive and many other industrial assembly operations. From the point view of its geometric shape, spot-welded joints constitute outside cracks around them, thus are usually the weakest parts of structures leading to fatigue failure under fluctuating loads. The fatigue life prediction for spot welds depends on the accurate computation of stresses near the joints. In FEM analysis,the spot welds are usually modeled by beam and shell elements, the accuracy for stress is so poor that stress analysis is kept the main difficultly in the fatigue crack study. In this project, we will perform complete solid stress analysis directly on their CAD model by the Boundary Face Method, treating the joints as outside cracks and avoiding any geometric modification, to accurately evaluate the local stress and stress intensity factor. Our study includes completely automatic geometric model and meshing; truly seamless integration of CAD and CAE; effective and accurate hyper-singular and nearly singular numerical integration; fast methods for large scale BIE; parallel algorithms and acceleration algorithms by GPU. Our research goal aims at large scale computations up to three million dofs, and thus the entire Automotive body containing several thousands of spot welds can be performed on a work-station.
电阻点焊广泛应用于汽车车身等薄板结构的装配工艺中。点焊接头在其周围构成一个外裂纹,疲劳断裂是其主要失效形式。点焊结构疲劳性能评价依赖焊点附近的应力计算精度。有限元法用板、壳、梁等单元模拟焊点,计算模型在几何形状和拓扑连接上都与实际结构相差甚远,应力精度很低,以致点焊结构的应力分析一直是其疲劳断裂研究中的难点。本项目直接在CAD几何模型上进行应力分析的边界面法,对点焊结构进行完整实体应力分析,避免结构几何上的抽象和简化,将点焊接头视作裂纹,精确计算接头局部应力及应力强度因子。..项目中实现的技术包括:基于边界面法的CAD与CAE真正的无缝连接技术,实现了在CAE分析中真实模拟焊点的几何形状和母材之间的连接关系,避免结构几何上的抽象和简化;全自动的点焊接头几何建模和网格划分技术,该过程中获得“焊缝真实造型模拟软件V1.0”的软件著作权;高效高精度的奇异和近奇异积分技术,利用提出了球面细分法和一种高效计算奇异积分的索氏三角形片单元,显著提高了积分的精度和效率;通过集成以上研究中的所有成果,结合项目中提出双层插值边界面法来求解二维及三维裂纹问题,二维及三维裂纹数值分析结果均表明算法的有效性和可行性,表明项目完成了相应的研究要求。..虽然算法目前计算的点焊模型不算复杂,但这些数值算例验证了算法可行性。这为将来计算更复杂,点焊结构更多模型提供了基础。进一步研究工作主要是边界积分方程的大规模快速算法及并行算法和基于GPU等硬件加速技术,最后争取实现包含数千个裂纹(焊点)的整车身完整实体应力分析,真正推广应用到工程领域。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2017
期刊: 中国机械工程
影响因子: --
作者: [汪攀, 韩磊, 鞠传明, 池宝涛, 张见明]
通讯作者: 张见明
A new singular element for evaluating stress intensity factors of V-shaped notches under mixed-mode load
混合模式载荷下评估V形缺口应力强度因子的新奇异单元
DOI: 10.1016/j.enganabound.2018.04.006
发表时间: 2018-08
期刊: Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子: 3.3
作者: [Zhang Jianming, Dong Yunqiao, Ju Chuanming, Lin Weicheng, Zhang JM]
通讯作者: Zhang JM
DOI: 10.1016/j.euromechsol.2018.10.011
发表时间: 2019
期刊: European Journal of Mechanics-A/Solids
影响因子: --
作者: [Jianming Zhang, Weicheng Lin, Yunqiao Dong]
通讯作者: Yunqiao Dong
Boundary face method for 3D contact problems with non-conforming contact discretization
具有非一致性接触离散化的 3D 接触问题的边界面法
DOI: 10.1016/j.enganabound.2015.10.009
发表时间: 2016-02
期刊: Engineering Analysis with Boundary Elements
影响因子: 3.3
作者: [Jianming Zhang, Kai Xiong, Xiaomin Shu, Lei Han]
通讯作者: Lei Han
17
    基于双层插值边界面法求解弹性接触问题的区域迭代算法研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      61万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    完全无缝的CAE/CAD一体化高精度全自动计算力学软件开发
    • 批准号:
      11972010
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      63.0万元
    • 批准年份:
      2019
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    任意核函数单元形状源点位置高效高精度奇异和近奇异积分
    • 批准号:
      11772125
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      75.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    直接基于三维CAD模型的复杂结构高精度应力分析软件开发
    • 批准号:
      11172098
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      70.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      张见明
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金