基于有限元和试验设计分析方法对车身点焊焊点进行评价



基于有限元和试验设计分析方法对车身点焊焊点进行评价

点焊被广泛应用于汽车驾驶室、车身等薄板冲压焊接结构的生产。点焊是通过点焊电极对被焊工件施加压力，然后使焊接电源输出的电流通过被焊工件产生热量，使接触点产生局部熔化形成焊点，从而将金属板件焊接在一起。虽然点焊的整个过程简单而快速，但由于汽车车身具有上千个焊点，因此实现其应用较为复杂。焊点接头通常是整车结构中最弱的部分，尤其是在汽车承受扭转力矩时，焊点将承受剪切负荷以及轴向波动负荷。过去多针对焊点总数进行研究，如尽可能降低焊点数量以提高经济效益，但没有分析每个焊点对结构的影响。本文则利用有限元和试验设计分析方法，给出一种分析单个焊点对汽车整体结构影响的方法。

进行有限元分析时，一般采用ABAQUS软件进行求解。但由于Hyperworks软件不仅具有良好的网格划分功能，而且可与ABAQUS软件进行交互，因此在预处理和后处理过程采用了Hyperworks软件。试验设计分析时，使用Isight软件，其可以自动调用ABAQUS软件和Hyperworks软件不断进行优化计算。首先，建立整车的有限元模型，模型根据实车焊点分布进行标注，并在其前悬架施加扭转力矩，后悬架进行固定。之后，Isight软件对ABAQUS软件的焊点数量和位置进行更改，分别仿真在焊点不同数量和位置下汽车的应变与应力，确定最佳的焊点数量和位置。为了具体阐述该方法，选择车顶与B柱连接处的T型区域进行分析。该区域共有35个焊点，不同数量和位置下焊点的组合约为340亿组，显然常用的计算机无法进行处理。试验消除了一些没有意义的组合，如只有一个或两个少数焊点的情况，将组合降至36组：1组为考虑所有35个焊点；其它35组为分别移除某一个焊点的组合。试验结果表明，①汽车承受扭转力矩时，消除某一焊点对汽车局部的影响与对汽车整体的影响相同，因而分析整车时可以采取分割的方法；②若焊点的消除对局部性能产生影响较小，则可以简单地将其移除，不会引起结构明显的变化。

Felipe Grossi L. Amorim et al. SAE 2014-36-0373.

编译：李臣