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HyperWorks Connector在整车焊接中的应用

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1 概述

目前现代轿车设计开发过程中，轿车的车身结构大部分采用全承载式结构。全承载式结构的车身承载了轿车在使用过程中的各种载荷，其中主要包括扭转载荷、弯曲载荷、扭转弯曲复合载荷以及碰撞载荷等，所以轿车车身的刚度具有相当重要的作用。刚度不足就会引起车身门窗和发动机舱的变形，以导致轿车车窗玻璃的破坏，车门被卡能现象。车身刚度不足，必然其固有频率也会较低，从而容易引起结构共振和噪声，将严重影响驾驶人员和乘客的乘坐舒适性。本文采用世界知名的有限元前处理软件 Altair HyperWorks，进行有限元网格划分，并利用其中Connector 模块进行白车身模型的焊接，利用 Nastran 进行白车身的模态分析。

2 有限元模型的建立

2.1 网格划分

采用 HyperMesh 软件划分有限元网格。由于轿车的白车身主要由钣金件组成,因此利用四边形和三角形壳单元对白车身模型进行有限元网格划分。有限元网格划分完之后,对有限元模型进行单元质量检查、重复节点与重复单元检查、自由边检查，最终生成有限元模型如下图：

2.2 焊接模拟

一部轿车的白车身大约有四千左右个焊点，一般是由车身的六大部件焊接成型，其中包括地板总成、左右侧围、顶盖、下车身、后搁板。本次分析的车型：两层焊共 2387 处，三层焊共 1221 处。

ACM 焊接是一种特殊的焊接方法（Area Contact Method），不同于刚性单元结点连接的方法。它是由一个六面体单元（PSOLID）和 RBE3 单元组成，更能准确模拟焊点信息，不会增加局部的刚度。如下图所示：

如果要是手工做这种焊接是非常浪费时间和人力的。在 HyperMesh 1D 面板中有Connector 模块，这是一个非常方便并且功能非常强大的工具。它可以根据焊点信息自动生成 weld, bolts, adhesives，还可以根据不同的求解器的需求生成特殊功能的焊接单元，例如：CWELDs, MAT100s, ACMs 等焊接。并且做好一种焊接之后可以很方便的进行不同焊接种类的转换，这样大大节省的时间，提高了工作效率。

2.3 材料与属性

计算中所使用的材料参数如下：

·钣金件的材料参数：
·弹性模量：206 GPa
·材料密度：7.8e+3kg/m3
·泊松比：0.3

固体焊块的材料参数：

·弹性模量：206 GPa
·材料密度：0kg/m3
·泊松比：0.3

3 利用 Connector 生成焊点

首先，先将白车身分成六大部分，地板总成、前机舱、顶盖、左侧围、右侧围、后档板，分别生成各自的焊点，然后再生成装配的焊点。不同的部分要分别建立 assembly，这样能很方便的显示所关注部分的网格。在生成各自焊点的时候，一般先做两层焊，然后再生成三层焊。以下将以地板总成为例说明 ACM 焊接的生成方法。

导入地板总成焊点的 Point 文件（焊点两层三层焊接信息主要由设计部门提供），切换仅显示两层焊的焊点 Point。

Location：选中焊点，即两层焊的 Point 点
Connect what:选中地板总成中的 component
Num layers:选 total2，表示两层焊接
Type:选 acm(shell gap)

这时软件就会根据焊点信息自动生成 ACM 焊接，速度很快。生成之后要检查焊接单元的质量，以及焊接的关系是否正确。以此对应有不同的功能来检查这些问题。Quality 面板主要检查，生成焊接是否有重复的情况。

Info table 面板主要是查看焊接关系的正确性和焊接是否成功，焊接成功则在 State 一栏表示为 realized。如下图所示：

根据以上的检查确认焊接正确以后，模型就可以进行计算了。

当转化模型焊接方法的时候，选择已经生成好的 connector，重新进行 realize,这时能迅速的转化焊接类型,并且保留以前各部件的焊接关系，不用进行再次焊接关系检查。如下图：

Type：选 bar2,即可生成碰撞模型中常用的 MAT100 焊接方式（Welds with*MAT_SPOTWELD material card ,and *SECTION_BEAM property card and*CONTACT_SPOTWELD card）。

这些 Connector 信息只保存在 HM 文件中，并不会写到计算的二进制文件中。这时我们可以导出 Connector 信息，或者根据二进制文件中的焊接方式来重新生成 Connector 信息。

Connector 中的 feabsorb 面板可以很快速的重新生成 Connector 信息，这大大方便了改变焊接方式。

4 计算结果

利用 Nastran 进行模态求解，HyperView 进行结果后处理，得到白车身自由模态下的固有频率和振型。如下表：

模态阶数	固有频率（Hz）
1	33.9
2	38.5
3	41.3
4	48.8
5	49.6

第一阶模态主要是由顶盖的横向摆动及白车身整体横向扭转模态组成。其中后顶盖的摆动幅度最大。如下图所示：

从结果分析来看，该车型的整体刚度基本满足设计要求。通过白车身自由模态下的固有频率和振型的计算，可以反映轿车车身的整体刚度性能，从而可以辅助车身设计方案的改进。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/14/2007)


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