車身產(chǎn)品在焊接過(guò)程中的靜力學(xué)分析

引言

本文以汽車地板自動(dòng)補(bǔ)焊過(guò)程中夾具對(duì)后縱梁的影響來(lái)做靜力學(xué)分析。由于地板補(bǔ)焊工位夾具的設(shè)計(jì)主要采用勾銷氣缸對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行夾緊,因此勾銷氣缸夾緊力的大小與產(chǎn)品的變形有很大關(guān)系,所以在靜力學(xué)分析時(shí)著重對(duì)由勾銷缸引起產(chǎn)品變形的部位進(jìn)行重點(diǎn)分析。圖1為地板自動(dòng)補(bǔ)焊工位夾具的3D結(jié)構(gòu)圖。

圖1地板補(bǔ)焊工位夾具

1模型的建立與導(dǎo)入

分析對(duì)象必須建立準(zhǔn)確模型,下部車身的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,是由一系列小件焊接在一起形成整個(gè)下部車身,因此在建模過(guò)程中需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)化處理[l]。模型簡(jiǎn)化過(guò)后,利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行三維建模,圖2所示為地板后縱梁數(shù)據(jù)模型,圖中圓圈所示位置為勾銷缸定位孔的位置。

圖2后縱梁及其定位孔位置

2指定材料及網(wǎng)格劃分

(1)材料屬性的指定:本次生產(chǎn)所有車型車身使用材料均為鋼板,根據(jù)數(shù)據(jù)模型特征,在工程數(shù)據(jù)(EngineeringData)工具欄中設(shè)定夾具夾緊部件的材料屬性為steel。

(2)網(wǎng)格劃分:網(wǎng)格劃分是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),網(wǎng)格質(zhì)量是決定求解的重要因素,質(zhì)量越好,則計(jì)算精度越高,而且可以節(jié)約計(jì)算用時(shí)。同時(shí)也要根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸選擇合適的網(wǎng)格單元類型,這樣可以提高有限元模型的網(wǎng)格精度,獲得更加精確的分析結(jié)果。因此,選用PsHELL面單元簡(jiǎn)化產(chǎn)品數(shù)模,然后再選用Hypermesh14.0前處理軟件對(duì)車身產(chǎn)品進(jìn)行網(wǎng)格劃分。從劃分結(jié)果得到:整個(gè)模型共包含6148個(gè)節(jié)點(diǎn),5984個(gè)單元,5385個(gè)Ouad4單元,網(wǎng)格大小設(shè)置為10mm。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。

3施加邊界條件與載荷

分別將左后縱梁后段分總成與左后縱梁前段分總成進(jìn)行固定,即創(chuàng)建邊界的約束條件,即可約束產(chǎn)品的6個(gè)自由度,如圖3所示,兩端紅色線條區(qū)域?yàn)楣潭ú课?綠色線條區(qū)域即施加載荷位置,載荷大小為勾銷氣缸的夾緊力800N。

4分析計(jì)算與結(jié)果分析

利用Abaqus6.l4對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行靜力學(xué)分析,可以得到產(chǎn)品的應(yīng)力、應(yīng)變以及變形情況。圖4為產(chǎn)品應(yīng)力分布情況圖,圖5為產(chǎn)品變形情況分布圖。

由產(chǎn)品應(yīng)力情況分布圖(圖4)可知,定位孔處的應(yīng)力為＋4.077e＋01MPa,即產(chǎn)品上承受的應(yīng)力大小約為40MPa,車身產(chǎn)品的材料為鋼板,鋼板的屈服極限為235MPa,產(chǎn)品所承受的應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服極限值,因此產(chǎn)品所受應(yīng)力符合要求,不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。

由產(chǎn)品變形情況分布圖可知,定位孔附近的變形量為+1.407e-01mm,即約0.1mm左右,0.1mm的變形量是滿足車身變形要求的,整個(gè)車身的精度則為0.1mm。

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的靜力學(xué)分析可知,應(yīng)力和變形都在允許的范圍內(nèi),所以認(rèn)為夾具設(shè)計(jì)合理。

5結(jié)語(yǔ)

本文研究汽車白車身在焊接過(guò)程中由于受到焊接夾具的影響產(chǎn)生的變形情況。通過(guò)應(yīng)用CATIA軟件進(jìn)行建模,應(yīng)用Hypermesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,以及采用Abaqus軟件進(jìn)行分析計(jì)算,完成了對(duì)地板后縱梁在焊接過(guò)程中的靜力學(xué)分析。由分析結(jié)果可知,針對(duì)地板自動(dòng)補(bǔ)焊夾具的設(shè)計(jì)在保證產(chǎn)品變形量方面是合理的。