基于焊点间距参数化的车身构件焊点布置优化研究

【摘要】电阻点焊广泛应用于车身薄板件连接，点焊连接对车身结构的刚度、强度和NVH等性能都有着重要的影响。然而传统的车身焊点布置往往根据经验而定，容易导致焊点分布不均，这样某些区域由于焊点个数过多而造成制造成本的增加，某些区域由于焊点个数不足而造成结构性能不足。因此在保证车身结构性能的前提下对车身焊点进行布置优化具有重要的意义。由于车身是由许多薄板件焊接而成，本文首先选取能够代表车身典型梁结构件的简化模型，即双帽形薄壁梁作为研究对象，提出了一种基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法，该方法根据结构件的几何特征，人为分成几个采用不同焊点间距布置的区域，而同一区域内的焊点按等间距布置，通过将不同区域的焊点间距作为参变量，并综合考虑焊点对结构件的一阶模态频率、刚度和强度性能的影响来进行焊点的优化布置。该方法还可以同时将焊点间距、截面形状和厚度等作为设计变量，进行焊点布置的多目标优化，从而可以在进行焊点布置优化的同时实现其他性能参数的优化。本文将该方法应用于某轿车B柱焊点布置，从而进一步验证所提方法的有效性。主要的研究工作如下：（1）分别建立双帽形薄壁梁和某轿车B柱的有限元模型，并确定用ACM单元来模拟焊点单元。分析了相应的静态性能和一阶模态，为后续的优化前后对比分析做准备。（2）提出基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法。沿需要焊接的结构件的焊接路径画几何线，这里称为焊接线，定义每条焊接线上的焊点是等距分布的，但是不同位置处的焊接线上的焊点间距并不相同。在后续的优化中将每条线上的焊点间距作为设计变量，为了实现在优化迭代时有限元模型中焊点个数的变化，需要将有限元模型分为两部分：不含焊点信息的有限元模型和附加的焊点信息。这样就可以实现在每次迭代优化时构件有限元模型的重建。在isight中建立仿真流程实现焊点布置优化的自动循环。（3）基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法对双帽形薄壁梁进行焊点布置优化。利用所提出的方法分别对双帽形薄壁梁弯曲工况和扭转工况下的焊点布置进行了优化，并分析对比了其优化前后的刚度、强度和一阶模态。综合考虑两种工况下的优化结果，最终得出了一个满意的优化方案，并进行了相关性能的验证。（4）基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法进行多目标优化。利用所提出的方法能够同时进行焊点布置和厚度优化。以焊点间距和厚度作为设计变量，以梁的刚度和一阶模态频率作为约束条件，以焊点总个数最少和结构的总质量最小作为约束目标，采用NSGAII算法分别在弯曲工况和扭转工况下进行多目标优化并分析对比了优化前后的相关性能。最终综合考虑两种工况下的优化结果得出一种合理的方案。（5）车身构件实例应用。对某轿车B柱基于所提出的方法分别进行弯曲工况和扭转工况下的焊点布置优化，并综合考虑两种工况下的优化结果确定一种合理的方案，最终在保证B柱静态刚度强度和一阶模态的前提下使焊点个数得到了大幅的减少，从而再次验证了所提方法的有效性。
【作者】徐利娟；
【导师】崔岸；
【作者基本信息】吉林大学，工业设计工程，2014，硕士
【关键词】双帽形薄壁梁；焊点间距参数化；hypermesh二次开发；焊点布置；

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