介紹了一種預(yù)測焊點(diǎn)疲勞壽命的工程計(jì)算方法及其軟件系統(tǒng)。這一方法用有限元中的剛性梁單元模擬焊核，用殼單元模擬連接板，求取通過梁單元傳遞的力和力矩；根據(jù)這些力和力矩計(jì)算焊核附近連接板和焊核周圍的“結(jié)構(gòu)應(yīng)力”；然后通過一組以結(jié)構(gòu)應(yīng)力為控制參數(shù)的焊點(diǎn)S—N曲線估計(jì)焊點(diǎn)的疲勞損傷。描述了軟件系統(tǒng)的框架和特點(diǎn)，用兩個(gè)簡單的例子說明這一方法的應(yīng)用。結(jié)果表明，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相比有一定的保守性。 
在汽車工業(yè)中，點(diǎn)焊被廣泛地用于零部件和結(jié)構(gòu)的制造。點(diǎn)焊構(gòu)件的耐久性主要取決于焊點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度。在一條生產(chǎn)自動(dòng)線上裝備一個(gè)焊點(diǎn)的點(diǎn)焊機(jī) 械裝置可能需要30萬美元，為了補(bǔ)救某一問題而必須在生產(chǎn)時(shí)再增加一個(gè)點(diǎn)焊裝置，其費(fèi)用可能不止2倍。如果我們能在設(shè)計(jì)的早期預(yù)測焊點(diǎn)的疲勞壽命，那么顯然這些費(fèi)用可以降到最低點(diǎn)。更有意義的是，它也有助于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 
Smith和Cooper用斷裂力學(xué)方法研究過受剪切載荷焊點(diǎn)的疲勞壽命預(yù)測問題。他們指出：“一個(gè)焊點(diǎn)也許可以被認(rèn)為是一個(gè)外表面有一環(huán)向深裂紋的實(shí)心圓棒，當(dāng)這一圓棒受一個(gè)Ⅰ—Ⅱ復(fù)合型載荷時(shí)，它會(huì)在最大的局部Ⅰ型方向產(chǎn)生分叉裂紋并擴(kuò)展”。他們說明了根據(jù)計(jì)算的裂紋擴(kuò)展速率可以較好地預(yù)測焊點(diǎn)的疲勞壽命，并用他們的計(jì)算結(jié)果作出一些簡單的設(shè)計(jì)曲線。Smith和Cooper所建議的方法基于對(duì)簡單受剪搭接接頭的有限元模擬，這種方法需要進(jìn)一步的發(fā)展才能用于其它不同的焊點(diǎn)型式，處理變幅異相復(fù)雜載荷。發(fā)展的結(jié)果可能是一個(gè)簡單的專門針對(duì)焊點(diǎn)的規(guī)范，按照英國標(biāo)準(zhǔn)BS7608的方法，給出適用于不同點(diǎn)焊類型的載荷—壽命曲線族。 
事實(shí)上，關(guān)聯(lián)不同加載條件下焊點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度，載荷是一個(gè)相當(dāng)糟糕的參量。Raji和Sheppard提到，不同型式受不同載荷的焊點(diǎn)，它的疲勞耐久性能夠通過分析板內(nèi)焊點(diǎn)周邊的局部應(yīng)力得到更好的理解，這一局部應(yīng)力指的是焊點(diǎn)附近的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。Rupp等人描述了如何計(jì)算這些結(jié)構(gòu)應(yīng)力。他們根據(jù)最大應(yīng)力、最小應(yīng)力和一個(gè)載荷譜對(duì)焊點(diǎn)的疲勞壽命進(jìn)行了預(yù)測。本文介紹的技術(shù)類似于Rupp等人的工作，不同的是進(jìn)一步地將結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算與應(yīng)力縮放、疊加以及應(yīng)用瞬態(tài)有限元分析結(jié)果等方法結(jié)合起來。下面將先介紹軟件的技術(shù)細(xì)節(jié)，然后給出兩個(gè)說明簡例。 
1方法概述 
方法要求將焊點(diǎn)模擬成為MSC/NASTRAN中的剛性梁單元；經(jīng)這些梁單元傳遞的力和力矩被用來計(jì)算結(jié)構(gòu)(名義)應(yīng)力，這些應(yīng)力為圍繞焊點(diǎn)熔核和連接板的局部應(yīng)力；按照S—N總壽命方法，用這些結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)估焊點(diǎn)的疲勞壽命。 
軟件系統(tǒng)由一些經(jīng)過修改的MSC/FATIGUE模塊組成，它的核心為焊點(diǎn)疲勞分析器SPOTW，圖1表示了這一軟件的框架。該系統(tǒng)當(dāng)前只支持兩板焊點(diǎn)的疲勞計(jì)算。焊點(diǎn)應(yīng)當(dāng)用連接兩板中面且垂直于這兩個(gè)中面的剛性梁表達(dá)，而板用位于板中面的殼單元模擬。焊點(diǎn)的長度因此是板厚之和的一半。焊點(diǎn)附近的網(wǎng)格不需要做任何細(xì)化，對(duì)殼單元的唯一要求是它們能將正確的力傳至剛性梁。事實(shí)上，使用大尺寸的殼單元(大于2倍的熔核直徑)似乎能獲得最好的結(jié)果，即最實(shí)際的連接剛度。 
軟件的使用方式與標(biāo)準(zhǔn)的MSC/FATIGUE類似。通過填一組表格創(chuàng)造一個(gè)作業(yè)文件，這個(gè)文件包含了焊點(diǎn)的直徑、板厚和疲勞性能參數(shù)信息。有一個(gè)解讀器讀這個(gè)文件，從MSC/PATRAN數(shù)據(jù)庫中抽出所有的有關(guān)數(shù)據(jù)，寫到一個(gè)中間文件中去。焊點(diǎn)分析器根據(jù)這個(gè)中間文件以及所需的載荷信號(hào)和疲勞性能數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)焊點(diǎn)做壽命預(yù)測。