焊点失效模型在前纵梁耐撞性中的应用分析

摘要

从20世纪50年代开始,电阻点焊由于具有焊接过程中能量集中、变形小、生产率较高,特别适用于焊接薄壁零件的优点,使其成为汽车车身最重要的连接方式。在轿车车身制造过程中,焊接接头质量的好坏,不仅直接决定了车身焊接装配过程的制造偏差,同时也决定了轿车使用的可靠性和安全性。随着CAE分析方法在汽车碰撞仿真中的大量应用,如何对车身中的点焊进行正确的模拟是十分重要的一环,也一直是仿真中的一大难点。
　　 本文使用实验和有限元仿真结合的方法,模拟了在高强钢板材(DP600)中的两种焊点失效实验过程,通过使用实体单元的有限元方法建立了包含焊核、热影响区和基本板材区的细化焊点拉伸模型。并在可能产生失效的区域引入了基于塑性应变的失效准则,最后通过相关的试验验证了模型的可靠性。随后总结了焊点在两种试验中的失效过程,并通过有限元这种直观的分析方法对焊点失效的因为进行了应力应变的分析,结果表明,在盒形拉伸实验和搭接剪切实验中,焊核的叉点处都存在严重的应力应变集中现象,且此处多为初始裂缝产生的地方。从宏观方面来看,杯形试件拉伸的焊点拉拔失效是由剪切力作用形成,而搭接剪切实验的焊点拉拔失效是由拉切力作用形成。针对目前使用的焊点模拟方法,首先对数种焊点模型进行了分类并对比了各种焊点模型的特点。选取五种目前常用的焊点模型,对纵梁的台车碰撞实验进行建模,分析了对五种焊点对前纵梁耐撞性的影响及各种模型各自的优缺点。并通过实际中的前纵梁台车实验来验证各种焊点连接模型的精度。通过对比分析得到的结论为:不同的焊点模型对纵梁碰撞响应有较大的影响；在模拟精度方面,较高的焊点模型有可变形梁单元模型、实体单元模型和弹簧单元模型,综合各方面的因素认为可变形梁单元焊点模型是最合适的焊点建模方法。最后使用可变形梁单元这种焊点模拟方法建立起来的前纵梁台车碰撞模型来讨论焊点强度和焊点间距对纵梁碰撞的影响。研究得出：焊点的强度对薄壁梁结构的变形模式有很大影响,会直接导致其吸能性能随焊点强度的降低而降低。而焊点的间距对前纵梁的变形和吸能情况也有很大的影响。过大和过小的间距对纵梁变形都会不利纵梁的变形和吸能效果。具体的焊点间距和分布需根据实际的碰撞情况来定。