基于有限元和試驗設計分析方法對車身點焊焊點進行評價

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基于有限元和試驗設計分析方法對車身點焊焊點進行評價

點焊被廣泛應用于汽車駕駛室、車身等薄板沖壓焊接結構的生產。點焊是通過點焊電極對被焊工件施加壓力，然后使焊接電源輸出的電流通過被焊工件產生熱量，使接觸點產生局部熔化形成焊點，從而將金屬板件焊接在一起。雖然點焊的整個過程簡單而快速，但由于汽車車身具有上千個焊點，因此實現其應用較為復雜。焊點接頭通常是整車結構中最弱的部分，尤其是在汽車承受扭轉力矩時，焊點將承受剪切負荷以及軸向波動負荷。過去多針對焊點總數進行研究，如盡可能降低焊點數量以提高經濟效益，但沒有分析每個焊點對結構的影響。本文則利用有限元和試驗設計分析方法，給出一種分析單個焊點對汽車整體結構影響的方法。

進行有限元分析時，一般采用ABAQUS軟件進行求解。但由于Hyperworks軟件不僅具有良好的網格劃分功能，而且可與ABAQUS軟件進行交互，因此在預處理和后處理過程采用了Hyperworks軟件。試驗設計分析時，使用Isight軟件，其可以自動調用ABAQUS軟件和Hyperworks軟件不斷進行優化計算。首先，建立整車的有限元模型，模型根據實車焊點分布進行標注，并在其前懸架施加扭轉力矩，后懸架進行固定。之后，Isight軟件對ABAQUS軟件的焊點數量和位置進行更改，分別仿真在焊點不同數量和位置下汽車的應變與應力，確定最佳的焊點數量和位置。為了具體闡述該方法，選擇車頂與B柱連接處的T型區域進行分析。該區域共有35個焊點，不同數量和位置下焊點的組合約為340億組，顯然常用的計算機無法進行處理。試驗消除了一些沒有意義的組合，如只有一個或兩個少數焊點的情況，將組合降至36組：1組為考慮所有35個焊點；其它35組為分別移除某一個焊點的組合。試驗結果表明，①汽車承受扭轉力矩時，消除某一焊點對汽車局部的影響與對汽車整體的影響相同，因而分析整車時可以采取分割的方法；②若焊點的消除對局部性能產生影響較小，則可以簡單地將其移除，不會引起結構明顯的變化。

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

編譯：李臣