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基于有限元和試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法對(duì)車身點(diǎn)焊焊點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)

點(diǎn)焊被廣泛應(yīng)用于汽車駕駛室、車身等薄板沖壓焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)。點(diǎn)焊是通過點(diǎn)焊電極對(duì)被焊工件施加壓力，然后使焊接電源輸出的電流通過被焊工件產(chǎn)生熱量，使接觸點(diǎn)產(chǎn)生局部熔化形成焊點(diǎn)，從而將金屬板件焊接在一起。雖然點(diǎn)焊的整個(gè)過程簡(jiǎn)單而快速，但由于汽車車身具有上千個(gè)焊點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用較為復(fù)雜。焊點(diǎn)接頭通常是整車結(jié)構(gòu)中最弱的部分，尤其是在汽車承受扭轉(zhuǎn)力矩時(shí)，焊點(diǎn)將承受剪切負(fù)荷以及軸向波動(dòng)負(fù)荷。過去多針對(duì)焊點(diǎn)總數(shù)進(jìn)行研究，如盡可能降低焊點(diǎn)數(shù)量以提高經(jīng)濟(jì)效益，但沒有分析每個(gè)焊點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。本文則利用有限元和試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法，給出一種分析單個(gè)焊點(diǎn)對(duì)汽車整體結(jié)構(gòu)影響的方法。

進(jìn)行有限元分析時(shí)，一般采用ABAQUS軟件進(jìn)行求解。但由于Hyperworks軟件不僅具有良好的網(wǎng)格劃分功能，而且可與ABAQUS軟件進(jìn)行交互，因此在預(yù)處理和后處理過程采用了Hyperworks軟件。試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析時(shí)，使用Isight軟件，其可以自動(dòng)調(diào)用ABAQUS軟件和Hyperworks軟件不斷進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。首先，建立整車的有限元模型，模型根據(jù)實(shí)車焊點(diǎn)分布進(jìn)行標(biāo)注，并在其前懸架施加扭轉(zhuǎn)力矩，后懸架進(jìn)行固定。之后，Isight軟件對(duì)ABAQUS軟件的焊點(diǎn)數(shù)量和位置進(jìn)行更改，分別仿真在焊點(diǎn)不同數(shù)量和位置下汽車的應(yīng)變與應(yīng)力，確定最佳的焊點(diǎn)數(shù)量和位置。為了具體闡述該方法，選擇車頂與B柱連接處的T型區(qū)域進(jìn)行分析。該區(qū)域共有35個(gè)焊點(diǎn)，不同數(shù)量和位置下焊點(diǎn)的組合約為340億組，顯然常用的計(jì)算機(jī)無法進(jìn)行處理。試驗(yàn)消除了一些沒有意義的組合，如只有一個(gè)或兩個(gè)少數(shù)焊點(diǎn)的情況，將組合降至36組：1組為考慮所有35個(gè)焊點(diǎn)；其它35組為分別移除某一個(gè)焊點(diǎn)的組合。試驗(yàn)結(jié)果表明，①汽車承受扭轉(zhuǎn)力矩時(shí)，消除某一焊點(diǎn)對(duì)汽車局部的影響與對(duì)汽車整體的影響相同，因而分析整車時(shí)可以采取分割的方法；②若焊點(diǎn)的消除對(duì)局部性能產(chǎn)生影響較小，則可以簡(jiǎn)單地將其移除，不會(huì)引起結(jié)構(gòu)明顯的變化。

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

編譯：李臣