ACM 建模下焊點疲勞計算的網格敏感性分析

楊少波 ， 鄧濱佼 ， 謝敏捷 ， 趙 松 ， 黃志勇

（1.重慶長安汽車工程研究總院，重慶 401133；2.四川大學 空天科學與工程學院，成都 610065）

0 引言

點焊是車身板結構拼接的重要技術方法。整車結構上的焊點數量能夠達到4000～5000 個。然而，點焊提升汽車制造效率的同時，也帶來了車輛耐久方面的安全隱患。標準化路試和用戶反饋結果顯示，車身的疲勞開裂位置90%以上在焊點處。所以在汽車設計階段，CAE(Computer Aided Engineering)介入并準確計算焊點疲勞損傷對控制焊點數量和分布有重大指導意義。

焊點有限元仿真的相關文獻有很多[1-6]，計算方法主要參照Rupp 理論[7]，即焊點可以等效為一個CBAR 單元與上下板殼單元連接，結構傳遞到CBAR 單元上下節點的力和力矩將被用來計算CBAR單元內部的應力。目前，焊點建模方法有很多，如CBAR 節點模型（CBAR 單元節點直接連接到殼單元節點上）、NUGGET 焊點模型（CBAR單元節點采用RBE2 直接抓取一定區域，邊界與殼單元連接）、ACM 焊點模型（六面體單元包裹CBAR 單元，8 個頂點分別采用RBE3 抓取上下板殼單元的節點）等。這些焊點模型的主要區別在于如何將結構單元力傳遞到CBAR 單元節點上去。王力[8]、黃昶春[9]、呂毅寧[10]等對比了焊點不同建模方式對汽車疲勞和剛度計算的影響，3 個研究均一定程度上肯定了ACM 焊點建模方式的易用性和計算精度。ACM 焊點建模方式能保證結構力或應力較為準確地傳遞，但疲勞損傷計算對應力的變化是十分敏感的。以高強度鋼為例，應力變動10%，材料的疲勞壽命會有2 倍變化。同時，孟凡亮等[11]計算盒狀拉伸模型中焊點的疲勞損傷時發現，ACM 建模方式下，損傷結果表現出一定的網格尺寸敏感性?！?br>