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摘要：当前我国国民经济飞速发展，我国各行各业都有了显著的发展提升，在这样的背景之下，我国车辆焊接技术迅速发展，车辆焊接结构的轻量化设计更是当前车辆研究中比较重要的一方面。针对车辆焊接的结构的轻量化以及疲劳寿命方面的问题，相关研究人员提出了考虑焊缝疲劳损伤约束的轻量化设计方法。在此过程中，部件疲劳设计的评估以及焊接接头的评估都采用了国际标准，符合车辆焊接结构轻量化设计的基本要求。同时对于车辆焊缝的疲劳累计损伤进行研究，需要根据迈纳尔的损伤累计理论进行，在此过程中介入了焊缝疲劳累计损伤约束，由此进一步建立了车辆焊接结构的轻量化模型。在进行轻量化设计的研究过程中，可以采用数值优化算法进行，可以在一定程度上提高优化计算的效率，也有着较大的帮助。本文中就车辆焊接结构的轻量化设计进行深入的研究分析。
关键词：车辆焊接结构、轻量化设计、疲劳损伤约束
一、引言
当前我国车辆制造产业对于车辆焊接结构轻量化的设计极为重视，主要由于车辆结构的轻量化能够在一定程度上减少原材料的使用量，这就有效的帮助降低了成本，符合现代化发展下的要求。当前对于车辆结构的轻量化设计研究已有一定的成果，主要采用的轻量化设计途径包括低密度的轻质材料以及进行结构优化设计两种。目前我国诸多研究人员对于车辆进行了应力约束的轻量化设计，同时基于疲劳约束对汽车结构进行了轻量化设计。关于车辆轻量化设计的研究一直都在进行，考虑强度和刚度约束对于车辆结构进行轻量化设计以及考虑强度和模态约束对于汽车结构进行轻量化设计都是近些年来所进行的。而当前我国车辆结构大多数都是焊接结构，在焊接结构下的车辆损坏往往是焊接的疲劳损坏，该过程又是一个损伤累积的过程，因而在对车辆结构轻量化的设计过程中需要充分考虑到焊接的疲劳积累损伤，由此来保证轻量化设计结果的可靠性。本文中就当前车辆焊接结构的轻量化问题进行研究，由此提出了考虑焊接接头累计损伤约束性的优化模式，在此基础上进一步提高了焊接结构轻量化设计的疲劳可靠性。最后结合了焊接结构抗疲劳轻量化设计进行了实际的计算，进一步提高该研究的可靠性。
二、焊接结构疲劳损伤约束的轻量化模型分析
对于车辆焊接接头的疲劳损伤评估来说，有着多种多样的方法，比如几何应立法、断裂力学法以及有效缺口应力法等都是当前常用的疲劳损伤评估方法。对于车辆焊接结构疲劳损伤的评估来说，很大程度上影响到了车辆的正常使用维修过程，在各项工程结构的疲劳设计规范中，这些焊接疲劳损伤评估方法也在广泛的进行使用。此外焊接接头也有着不同的形势，对于焊接接头的评判来说，当前有着大量的实验数据帮助制定其评判标准。在此过程中测定了30余种碳钢结构焊接接头的疲劳强度，同时在此基础上根据不同类型的焊接接头疲劳级别进行相应的计算，便可以计算出最终的疲劳损伤。在轻量化结构模型优化的过程中，也需要根据相关的结构优化设计模型进行，在此过程中，对于承受动载荷的碳钢焊接结构，其疲劳的破坏往往会发生在焊缝部位，最终确定加入焊接接头的疲劳累计损伤约束。当前车辆焊接接头的疲劳累计损伤计算主要依据的仍然是迈纳尔损伤累积理论，在进行运行的过程中每次循环加载所造成的损伤增量都是相等的，同时也可以进行相加。当前材料疲劳破坏所对应的临界损伤往往取决于材料的特性，与其他的因素无关。
三、轻量化结构优化策略简要分析
车辆焊接结构的轻量化设计方面，其约束函数大多数为隐函数，在具体的计算过程中需要使用到有限元法，而有限元法进行计算的过程中往往有着较大的缺陷，主要体现在计算量大，同时需要考虑到多种细节损伤等约束情况，因而具体的计算过程中显得尤为复杂，最终效率也比较低。
由此提出了其他的轻量化结构设计方法，首先是要通过试验设计的方法进行空间抽样的设计，之后建立近似模型实现优化，最后则是通过有限元来分析并验证结果的优化策略，该种方法可以有效地提高车辆焊接结构轻量化的优化效率。车辆焊接结构轻量化设计可以采用试验设计技术，试验设计主要是用来研究相关设计参数对于模型设计状况影响的一种取样的方法，并在一定程度上决定了构造近似模型所需要的样本点个数以及其空间上的分布状况。当前此方面的设计研究会通过计算机进行试验计算，相关的方法如全因子法、均匀设计法等都是比较适用的。除了试验设计技术之外，构造近似模型技术也是常用的一种轻量化设计方法，近似模型技术首先是通过数据集合，即在初始数据集合基础上来构造莫表函数以及约束条件的一种方法，在当前的轻量化快速优化过程中起到了关键性作用。
四、车辆焊接结构轻量化设计的具体应用分析
车辆焊接结构的轻量化设计首先要做的是进行轻量化模型的构建，轻量化模型的构建方法有很多，这里所介绍的是某型号转向架构架，其主要结构是定位结构，且为两系悬挂。结构的有限元模型主要采用的建模单元是板壳单元建模，同时取板厚度为设计的变量，可以根据其他方面的设计要求或是工艺情况来确定此过程中的变量，并根据其中的疲劳安全系数的约束进行关键部位焊接情况的测试，疲劳试验荷载的累计损伤约束也可以通过该种方法进行计算，最终相关问题的优化模型也是符合实际应用的。根据车辆焊接结构轻量化设计相关标准可知，超常载荷的合成应力应当小于材料的强度，而构架材料如碳钢的屈服强度一般会为345MPa，通过该屈服强度来与系数相除，最终就可以推算出相关材料焊接区域所接受的应力，由此来保证相关极限应力值，较为保守的超常荷载盈利约束可以得出为208MPa。在对车辆焊接结构轻量化设计过程中采用模拟运营的过程中需要对载荷中最为恶略的工况进行疲劳分析，主要是对限元模式中的节点进行平均应力以及应力幅值得计算，在此过程中，根据抗拉强度标准来对钢材得疲劳极限进行计算。此处对于车辆焊接结构轻量化结构优化模型的计算过程中，需要进一步加入疲劳试验过程中焊接接头的累计损伤约束，并需要按照标准进行疲劳荷载的加载过程中，基于相关得累计损伤理论进行累计损伤值的计算，不仅如此，还要按照疲劳载荷进行最大主应力范围的确定。对于车辆碳钢焊接结构轻量化的设计结构来说，主要是根据上述的模型所进行的，多次的轻量化设计试验最终得出相关的样本数据，对于相应的应用序列规划算法还可以进行进一步的优化设计，相关优化设计变量的结果根据图标的对比可以得出。即所确定的结果是在疲劳安全系数以及焊接接头累计损伤的约束之下，并根据相关的构架质量来进行一定程度上的减轻，其中相关的主要变量也有一定程度上的变化，在优化前后其主要变量值在不断的迭代，具体的实验设计结果对于限元真实分析业余者一定的影响，近似模拟优化分析作为相关的验证条件，也有着不可替代的作用。总的来说，在考虑疲劳损伤约束的车辆焊接结构轻量化的设计过程中，碳钢结构的使用十分广泛，而轻量化结构的设计过程中也是极为重要的，影响到了车辆的相关设计维护。
五、结束语
本文中就考虑疲劳损伤约束的车辆焊接结构轻量化设计方法进行了分析，并就其具体的应用方法进行了深入的探索分析，在此过程中有了相关轻量化设计模型的建立，相关标准对于模型的建立也有着重要的影响。总的来说，车辆焊接结构轻量化设计符合当前发展的需要，起到了较大的作用，需要进一步的研究发展。
参考文献：
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