搭接焊缝对铝合金焊接结构轻量化设计的影响

doi:10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20210920

摘要/Abstract

摘要：

为研究熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）搭接焊缝的引入对铝合金焊接结构轻量化设计结果的影响，根据焊缝拉伸试验建立了焊缝的壳单元等效模型，并将其嵌入到基于结构参数化模型多目标优化的轻量化设计方法中。结果表明：在考虑焊缝影响后，设计结果满足目标需求并且更接近工程实际，同时还实现了焊缝处应力的合理分布以及更理想的焊缝布局，但质量有所增加。因此，考虑了MIG焊搭接焊缝影响的铝合金焊接结构轻量化设计具有更好的工程实际应用意义。

关键词: 车辆工程, 铝合金焊接结构, 焊缝壳单元模型, 参数化模型, 多目标优化

Abstract:

In order to study the effect of Molten inert gas welding（MIG） lap weld on the lightweight design of aluminum alloy welded structure， the equivalent model of shell element was established through tensile of welding seam， and it was applied to the lightweight design method based on multi-objective optimization of structural parameterized model. The results show that after considering the influence of weld， the results are closer to the engineering practice， the performance of each target is optimized， besides the reasonable distribution of stress at the weld and a more ideal weld layout are realized， but with increased quality. Therefore， the lightweight design method of welding structure of aluminum alloy considering the effect of MIG lap weld has better engineering practical application significance.

Key words: vehicle engineering, aluminum alloy welded structure, weld shell element model, parametric model, multi-objective optimization

中图分类号:

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图/表 15

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参考文献 17

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工况	固定带载荷施加	弧板载荷施加
向前8倍静载载荷	垂直向上2.25 mg	垂直向下2.75 mg，前半部分加载向前4 mg
8倍静载侧向载荷	垂直向上2.25 mg，水平侧向1.6 mg	垂直向下2.75 mg，水平侧向2.4 mg
8倍静载垂直向上	垂直向上4 mg	-
向前10g加速度载荷	垂直向上2.25 mg	垂直向下2.75 mg，前板部分加载向前5 mg
向后10g加速度载荷	垂直向上2.25 mg	垂直向下2.75 mg，后板部分加载向后5 mg
5g侧向加速度载荷	垂直向上2.25 mg，水平侧向1.6 mg	垂直向下2.75 mg，水平侧向1.5 mg

项目	响应面模型			径向基神经网络模型			克里格模型
项目	R-Square	RMS	Average	R-Square	RMS	Average	R-Square	RMS	Average
误差要求	>0.9	<0.2	<0.2	>0.9	<0.2	<0.2	>0.9	<0.2	<0.2
质量	1.00	0.00	0.00	1.00	0.01	0.01	0.00	0.24	0.20
最大位移	1.00	0.00	0.00	0.99	0.03	0.03	0.00	0.25	0.19
最大应力	0.81	0.06	0.04	0.93	0.10	0.06	0.77	0.11	0.09
一阶模态	1.00	0.01	0.01	0.92	0.12	0.09	0.00	0.36	0.34

焊接形式	屈服强度 /MPa	抗拉强度 /MPa	泊松比	弹性模量 /GPa
Ⅰ型焊缝	106.99	155.66	0.3	60
Ⅱ型焊缝	88.84	111.72	0.3	50
Ⅲ型焊缝	95.02	154.42	0.3	60

变量	描述	原优化结果/mm	考虑焊缝的优化结果/mm
T₁	鞍座厚度	9.1	10.0
T₃	前竖梁厚度	6.2	6.0
T₄	后竖梁厚度	6.6	6.4
T₆	固定带厚度	5.4	6.2
T₈	前板厚度	4	4.9
T₉	后板厚度	4.6	4.0
T₁₀	底座厚度	4.1	4.0
L₁	前板X向移动	-20	-20
L₂	前板Z向移动	-10	+1
L₃	后板X向移动	+20	+20
L₄	后半Z向移动	-10	-10
S₃	固定带宽度	-10	-10
S₄	前板加强筋长度	+5	-2
S₅	后板加强筋长度	+4	+5
S₆	前板上端Z向移动	0	-8
S₈	后板上端Z向移动	+6	+18
L₈	鞍座焊缝间距	-	+10
L₉	底座焊缝间距	-	-45

性能		原支架结构	无焊缝多目标优化支架	考虑焊缝多目标优化	目标值
最大位移/mm	8倍前	0.619	0.691	0.657	<13
	8倍侧	2.308	2.098	1.920	<13
	8倍上	1.262	1.312	1.264	<13
最大应力/MPa	10g前	104.343	110.612	115.081	<130
	10g后	83.943	109.750	115.253	<130
	5g侧	161.867	123.098	122.614	<130
一阶模态/Hz		25.93	28.49	28.73	>25
质量/kg		64.85	61.33	65.14	Min