面向虚拟功能评估的车身零件拼装仿真研究

摘要

本文对车身零件的拼装仿真进行了研究。具体研究内容包括如下几点： （1）建立了零件尺寸偏差的简化模拟方法。对功能评估的拼装过程进行如下假设：① 零件在有尺寸偏差和无尺寸偏差两种状态下，刚度近似相等；② 零件拼装为线弹性过程，材料各向同性。然后，将零件表面划分为关键区域和非关键区域（或自由区域），装配时关键区域将会影响装配质量，导致装配偏差。根据零件的尺寸报告，通过偏置关键区域的网格节点来模拟关键区域的尺寸偏差。这样，由于有限元模型中引入了真实的尺寸偏差，装配偏差仿真结果更接近实际值。 （2）建立了基于干涉的装配偏差模拟方法。实际中匹配面常常出现干涉，零件定位夹紧后存在应力和应变。以往的装配偏差仿真中匹配面不具有真实尺寸偏差，所以就不会考虑到干涉对尺寸偏差的影响。本文的虚拟功能评估中引入了关键区域的真实尺寸偏差，因此就不能忽略干涉因素。通过构建干涉装配模型，提出了基于干涉的装配偏差模拟方法。数值计算证明了该模拟方法的正确性。干涉装配算法的建立为虚拟功能评估解决了难题，使得仿真结果更精确。 （3）建立了铆钉连接的数值模拟方法。首先从力学角度对比了焊点的连接作用和铆钉的连接作用，得出这样的结论：铆接和焊接对零件的约束本质上是相同的，都是克服零件匹配面初始间隙的连接。但是点焊和铆钉的连接过程是不一样的。点焊时下板的点焊区域在支撑电极的作用下是固定的，上板在电极力的作用下变形直至与下板发生接触；而铆接则是上下板同时受相同大小的力作用，同时变形直至接触。所以，铆接和点焊的数值模拟时应施加不同的边界条件。在此基础上，本文对集中力法（节点耦合法）进行了改进，提出了压强法来模拟铆接。压强法是指在和铆接面积相当的微小单元上施加压强来模拟连接力，而传统方法是在单元节点上施加力。显然，压强法更接近实际情况。装配偏差仿真结果的对比表明，两者将导致不同的尺寸偏差。 （4）建立了虚拟功能评估的模拟流程和方法。构建了一简单装配体，对之进行了虚拟功能评估研究，其中结合了虚拟评估的关键技术。根据研究结果，建立了虚拟功能评估的模拟流程。此外，还利用仿真结果对压强法、集中力法铆接模拟进行了验证，并将点焊和铆接对装配体偏差的影响进行了对比。 （5）以某轿车A柱为实例，验证了本文所建立的虚拟功能评估流程和方法的正确性。此外根据虚拟功能评估，提出了铆接顺序的改进方案。