车身薄板件焊接变形CAE分析与工艺优化研究

摘要

随着汽车工业的发展、国民生活水平的提高，汽车的生产和消费模式日新月异。车身是汽车的四大总成之一，降低车身的制造成本对整车成本的节约具有重要的意义。同时，车身直接体现了整车的外观，彰显了个性与品味，车身的质量间接地决定了整车的质量。汽车车身主要采用薄板结构焊接而成，焊接是现代车身制造中应用最为广泛的联接方式，焊接过程涉及到电磁学、热学和力学，焊接过程的不均匀加热必然导致焊件的焊后变形，焊接变形直接影响了车身的装配精度，增加了后期的矫正工作量，提高了车身开发的成本。因此，研究车身薄板件焊接过程中的变形规律及其优化途径，对于提高产品的质量具有非常重要的实用价值。
　　本文首先介绍了焊接数值模拟的研究现状，研究了等厚薄板和不等厚薄板单一焊点的焊接过程，得到了焊点周围的温度场分布结果，焊后残余应力分布结果以及焊接变形结果。并且研究了电极压力、通电时间、焊接电流等焊接工艺参数对焊后残余应力和焊接变形的影响规律，为实际生产中焊接工艺参数的合理选取提供了参考依据。
　　基于线弹性体积收缩法，对某车型轮罩总成的点焊焊接过程进行了数值模拟，成功地预测了轮罩总成的焊接变形量，结果显示其焊接变形较大，超出了工程应用可接受的范围。采用改变零件焊接顺序的方法，对轮罩总成的焊接变形进行了优化，使最终的焊接变形达到了焊接工艺的要求。为了进一步提高轮罩总成的焊接精度，设计了以焊点数量为因素以焊接变形为试验指标的正交试验，完成了对焊接变形更深层次的优化。
　　最后对多焊缝结构的焊接变形进行了研究，以后防撞梁总成为例，分析了焊缝的焊接顺序和焊接方向对焊接变形的影响。由于后防撞梁总成是分两级焊接的，因此，需要首先分析第一级焊接中焊接顺序和焊接方向对焊接变形的影响，得到焊接变形最小的焊接顺序和焊接方向的最优组合；接着再分析第二级焊接中焊接顺序和焊接方向对变形的影响，得到焊接变形最小的焊接最优组合；最后将第一级焊接最优组合和第二级焊接最优组合同时应用到后防撞梁总成的焊接过程中。结果显示两组焊接最优组合的共同作用使得后防撞梁总成的焊接变形进一步减小，为工程实践提供了一定的理论参考。

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第1章 绪 论

1.1课题的研究背景及研究意义

1.2焊接数值模拟的研究现状

1.3课题主要研究内容

1.4本章小结

第2章 焊接数值模拟的理论基础

2.1有限元法介绍

2.2 SYSWELD软件介绍

2.3热传播基本定律

2.4焊接温度场的基本方程

2.5焊接热弹塑性分析的假定

2.6热弹塑性有限元法的理论基础

2.7本章小结

第3章 单一焊点的数值模拟

3.1点焊有限元建模

3.2材料属性与点焊工艺参数

3.3点焊温度场结果

3.4点焊残余应力、变形结果

3.5工艺参数对残余应力和变形的影响

3.6本章小结

第4章 多焊点结构焊接变形分析及工艺优化

4.1焊接模拟方法

4.2有限元模型的建立

4.3焊接变形分析及优化

4.4焊点间距及数量对焊接变形的影响

4.5本章小结

第5章 多焊缝结构焊接变形分析与工艺优化

5.1有限元模型的建立

5.2后防撞梁安装板总成的焊接变形

5.3后防撞梁总成的焊接变形

5.4焊接顺序和焊接方向最优组合下的焊接变形

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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