Connector 在整车焊接中的应用.doc

Connector 在整车焊接中的应用1 概述目前现代轿车设计开发过程中，轿车的车身结构大部分采用全承载式结构。全承载式结构的车身承载了轿车在使用过程中的各种载荷，其中主要包括扭转载荷、弯曲载荷、扭转弯曲复合载荷以及碰撞载荷等，所以轿车车身的刚度具有相当重要的作用。刚度不足就会引起车身门窗和发动机舱的变形，以导致轿车车窗玻璃的破坏，车门被卡能现象。车身刚度不足，必然其固有频率也会较低，从而容易引起结构共振和噪声，将严重影响驾驶人员和乘客的乘坐舒适性。本文采用世界知名的有限元前处理软件 Altair HyperWorks，进行有限元网格划分，并利用其中Connector 模块进行白车身模型的焊接，利用 Nastran 进行白车身的模态分析。2 有限元模型的建立2.1 网格划分采用 HyperMesh 软件划分有限元网格。由于轿车的白车身主要由钣金件组成,因此利用四边形和三角形壳单元对白车身模型进行有限元网格划分。有限元网格划分完之后,对有限元模型进行单元质量检查、重复节点与重复单元检查、自由边检查，最终生成有限元模型如下图：2.2 焊接模拟一部轿车的白车身大约有四千左右个焊点，一般是由车身的六大部件焊接成型，其中包括地板总成、左右侧围、顶盖、下车身、后搁板。本次分析的车型：两层焊共 2387 处，三层焊共 1221 处。ACM 焊接是一种特殊的焊接方法（Area Contact Method），不同于刚性单元结点连接的方法。它是由一个六面体单元（PSOLID）和 RBE3 单元组成，更能准确模拟焊点信息，不会增加局部的刚度。如下图所示： 如果要是手工做这种焊接是非常浪费时间和人力的。在 HyperMesh 1D 面板中有Connector 模块，这是一个非常方便并且功能非常强大的工具。它可以根据焊点信息自动生成 weld, bolts, adhesives，还可以根据不同的求解器的需求生成特殊功能的焊接单元，例如：CWELDs, MAT100s,ACMs 等焊接。并且做好一种焊接之后可以很方便的进行不同焊接种类的转换，这样大大节省的时间，提高了工作效率。2.3 材料与属性计算中所使用的材料参数如下：l 钣金件的材料参数：l 弹性模量：206 GPal 材料密度：7.8e+3kg/m3l 泊松比：0.3固体焊块的材料参数：l 弹性模量：206 GPal 材料密度：0kg/m3l 泊松比：0.33 利用 Connector 生成焊点首先，先将白车身分成六大部分，地板总成、前机舱、顶盖、左侧围、右侧围、后档板，分别生成各自的焊点，然后再生成装配的焊点。不同的部分要分别建立 assembly，这样能很方便的显示所关注部分的网格。在生成各自焊点的时候，一般先做两层焊，然后再生成三层焊。以下将以地板总成为例说明 ACM 焊接的生成方法。导入地板总成焊点的 Point 文件（焊点两层三层焊接信息主要由设计部门提供），切换仅显示两层焊的焊点 Point。Location：选中焊点，即两层焊的 Point 点Connect what:选中地板总成中的 componentNum layers:选 total2，表示两层焊接Type:选 acm(shell gap)这时软件就会根据焊点信息自动生成 ACM 焊接，速度很快。生成之后要检查焊接单元的质量，以及焊接的关系是否正确。以此对应有不同的功能来检查这些问题。Quality 面板主要检查，生成焊接是否有重复的情况。Info table 面板主要是查看焊接关系的正确性和焊接是否成功，焊接成功则在 State 一栏表示为 realized。如下图所示：根据以上的检查确认焊接正确以后，模型就可以进行计算了。当转化模型焊接方法的时候，选择已经生成好的 connector，重新进行 realize,这时能迅速的转化焊接类型,并且保留以前各部件的焊接关系，不用进行再次焊接关系检查。如下图：Type：选 bar2,即可生成碰撞模型中常用的 MAT100 焊接方式（Welds with*MAT_SPOTWELD material card ,and *SECTION_BEAM property card and*CONTACT_SPOTWELD card）。这些 Connector 信息只保存在 HM 文件中，并不会写到计算的二进制文件中。这时我们可以导出 Connector 信息，或者根据二进制文件中的焊接方式来重新生成 Connector 信息。Connector 中的 feabsorb 面板可以很快速的重新生成 Connector 信息，这大大方便了改变焊接方式。如下图：4 计算结果利用 Nastran 进行模态求解，HyperView 进行结果后处理，得到白车身自由模态下的固有频率和振型。如下表：第一阶模态主要是由顶盖的横向摆动及白车身整体横