德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处
多材料混合连接结构的疲劳强度
日益严格的法定排放限制正推动汽车行业朝着创新轻量化设计解决方案的方向发展。在这种背景下,薄板结构的疲劳强度,特别是由多种材料制成的薄板结构,显得越来越重要。作为欧盟资助的研究项目的一部分“联盟”主题的轻量级设计和减少二氧化碳,汽车制造商欧宝(Opel)汽车有限公司、弗劳恩霍夫结构耐久性和系统可靠性研究所和达姆施塔特工业大学和机器声学部门,一起进行了基于混合连接剪切和剥离试件的疲劳试验,开发了创新的多材料接头疲劳强度数值评估方法。通过对材料配对的类构件碗形试件进行疲劳试验,验证了该方法的有效性。

© Fraunhofer LBF
 

使用类似组件的碗状样本可以深入了解结构组件的疲劳特性,而这种疲劳特性无法通过具有简单重叠的普通标准样本的方式确定。疲劳测试是验证疲劳寿命估算数字方法的基础,并提供了对现实生活中发生的损坏机理的见解。Fraunhofer LBF的测试结果现在提供了对混合连接结构部件疲劳强度复杂世界的初步研究结果。 “这种连接过程的潜力,特别是对于汽车行业未来的轻型结构概念,具有很大的前景。但是,为了充分利用它并充分利用其在工业上的潜力,必须进一步优化制造工艺。”弗劳恩霍夫LBF研究项目负责人Jörg Baumgartner博士强调说。

 

在尽可能接近实际条件的情况下研究疲劳性能

对于碗标本,一个深拉的碗被连接到成型边缘区域内牢固夹紧的平板上。这样做的一大优点是,在测试设置中,力和力矩都可以在任何方向上引入碗中,因此可以施加定义的应力状态(即剪切应力和剥离应力的组合)。因此,这种样品形式使结构部件的疲劳性能尽可能接近实际条件,但目前的研究仍在实验室范围内。

 

为了确定结构部件在多材料设计中的轻量化潜力,研究人员对粘合,铆接和混合连接的碗形标本进行了疲劳测试。与铆接的碗相比,粘结的碗样本显示出明显更高的疲劳载荷能力。剪切试样的结果也与此相似。但是,与剪切试样不同,混合连接的碗状试样与粘结的碗状试样相比,具有较低的疲劳负载能力。“我们怀疑这种现象的可能原因之一是混合制造工艺尚未进行优化,从而导致组件之间的粘结不当。这也可以从不同批次的混合混合碗样品的比较中看出。”Baumgartner 解释道。
 

实践证明,在铆钉固定过程中对板进行额外的固定是一种安全的方法。这可以减少粘合过程中两张板之间的间隙量,从而提高粘合质量和疲劳强度。

 
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德国Rüsselsheim的欧宝有限公司CAE Methods经理Boris Künkler博士重点指出,他们得出了Alliance项目的可喜成果:“ALLIANCE项目的目标之一是开发一种面向应用的仿真方法,用于可靠地评估粘合和冲压铆接的钣金接头的疲劳程度。Fraunhofer LBF开发和进行的标本测试对于在组合载荷条件下验证该方法非常有帮助。”

 

联系人:  弗劳恩霍夫应用研究促进协会北京代表处

             智能制造和生命科学技术代表 范国栋先生

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