车身产品在焊接过程中的静力学分析

引言

本文以汽车地板自动补焊过程中夹具对后纵梁的影响来做静力学分析。由于地板补焊工位夹具的设计主要采用勾销气缸对产品进行夹紧,因此勾销气缸夹紧力的大小与产品的变形有很大关系,所以在静力学分析时着重对由勾销缸引起产品变形的部位进行重点分析。图1为地板自动补焊工位夹具的3D结构图。

图1地板补焊工位夹具

1模型的建立与导入

分析对象必须建立准确模型,下部车身的结构非常复杂,是由一系列小件焊接在一起形成整个下部车身,因此在建模过程中需要对产品进行简化处理[l]。模型简化过后,利用三维数字化设计软件进行三维建模,图2所示为地板后纵梁数据模型,图中圆圈所示位置为勾销缸定位孔的位置。

图2后纵梁及其定位孔位置

2指定材料及网格划分

(1)材料属性的指定:本次生产所有车型车身使用材料均为钢板,根据数据模型特征,在工程数据(EngineeringData)工具栏中设定夹具夹紧部件的材料属性为steel。

(2)网格划分:网格划分是一个非常重要的环节,网格质量是决定求解的重要因素,质量越好,则计算精度越高,而且可以节约计算用时。同时也要根据结构尺寸选择合适的网格单元类型,这样可以提高有限元模型的网格精度,获得更加精确的分析结果。因此,选用PsHELL面单元简化产品数模,然后再选用Hypermesh14.0前处理软件对车身产品进行网格划分。从划分结果得到:整个模型共包含6148个节点,5984个单元,5385个Ouad4单元,网格大小设置为10mm。网格划分结果如图3所示。

3施加边界条件与载荷

分别将左后纵梁后段分总成与左后纵梁前段分总成进行固定,即创建边界的约束条件,即可约束产品的6个自由度,如图3所示,两端红色线条区域为固定部位,绿色线条区域即施加载荷位置,载荷大小为勾销气缸的夹紧力800N。

4分析计算与结果分析

利用Abaqus6.l4对产品进行静力学分析,可以得到产品的应力、应变以及变形情况。图4为产品应力分布情况图,图5为产品变形情况分布图。

由产品应力情况分布图(图4)可知,定位孔处的应力为＋4.077e＋01MPa,即产品上承受的应力大小约为40MPa,车身产品的材料为钢板,钢板的屈服极限为235MPa,产品所承受的应力远小于屈服极限值,因此产品所受应力符合要求,不会对产品产生影响。

由产品变形情况分布图可知,定位孔附近的变形量为+1.407e-01mm,即约0.1mm左右,0.1mm的变形量是满足车身变形要求的,整个车身的精度则为0.1mm。

通过对产品的静力学分析可知,应力和变形都在允许的范围内,所以认为夹具设计合理。

5结语

本文研究汽车白车身在焊接过程中由于受到焊接夹具的影响产生的变形情况。通过应用CATIA软件进行建模,应用Hypermesh软件进行网格划分,以及采用Abaqus软件进行分析计算,完成了对地板后纵梁在焊接过程中的静力学分析。由分析结果可知,针对地板自动补焊夹具的设计在保证产品变形量方面是合理的。