基于车身焊点载荷的焊接参数优化研究

发布时间：2017-10-28 07:12

  本文关键词：基于车身焊点载荷的焊接参数优化研究

  更多相关文章： 电阻点焊仿真 焊点载荷 均衡模型 参数优化 节能

【摘要】：电阻点焊是当今汽车车身生产中最重要的连接工艺。一方面,电阻点焊是车身性能的重要保证。通过对每一个焊点焊接工艺参数的合理选择,可以获得高强度的焊接接头,从而确保车身具有足够的强度、碰撞安全性、可靠性等。另一方面,电阻点焊也是车身生产中重要的能源消耗环节。在汽车批量生产中,因焊接工艺参数的不合理选择导致的焊接飞溅或是虚焊引起的补焊行为,都是对人力物力的巨大浪费。由于不了解焊点在车身综合工况下的受力情况以及焊点在特定搭接关系下的力学性能,导致部分焊点的强度远远超出其所受载荷,从能耗角度来说也是一种浪费;而部分焊点由于强度不足,存在失效的风险。环保、节能与安全是未来汽车企业生存的关键,因此就点焊工艺而言,必须在严格保证焊点质量的同时,把控好焊接生产中的能耗以及对环境的影响。当前焊接工艺参数选择方法都还没有综合考虑焊点力学性能和焊点受力这两方面,从而无法确定焊点能否满足车身性能的要求,更没考虑焊接生产过程的能源消耗问题。正是基于这种考虑,本文开展了焊接工艺参数的优化研究。首先,本文深入了解了电阻点焊机理及其数值模拟仿真的理论基础,建立起力场、热场、电场、金属冶金于一体高度耦合非线性的点焊模型,对焊接过程进行模拟仿真。通过研究点焊直径与焊点力学性能之间的关系,建立起焊接工艺参数与焊点力学性能之间的关系,为后续研究提供了重要的数学模型。其次,介绍了车身力学仿真的基本原理,探讨了提升车身仿真精度的几种手段。提出并定义了焊点负荷的概念,并据此分析了焊点受力情况,为识别危险焊点、优化焊点数量与布置提供重要参考,也为焊接工艺参数的选取提供重要依据。再次,分析了传统焊点质量评价标准并指出其不足之处,建立了考虑焊点载荷和焊接能耗的焊点质量评价新标准。结合上述对车身焊点载荷及焊接工艺参数与焊点力学性能之间关系的研究,进一步整合均衡思想,建立起“焊点载荷-焊点力学性能-焊接工艺参数”三者之间的数学关系,构建焊点“质量-能耗”均衡的数学模型,并据此建立了基于车身焊点载荷的焊接参数优化方法。最后,以安全带固定座简易结构为研究算例,对该结构进行了焊点数量及焊点位置的优化。针对优化后的结构,对每个焊点进行了焊接工艺参数的优选并加以实验验证,结果表明,优选的焊接工艺参数,不仅满足该结构对焊点的力学性能要求,还使焊接能耗降低了55%,较好地证明了本文方法的可行性与有效性。
【关键词】：电阻点焊仿真 焊点载荷 均衡模型 参数优化 节能
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG453.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.2 焊接参数优化研究现状14-15
• 1.3 数值模拟在电阻点焊中的应用15-16
• 1.4 CAE在车身力学仿真中的应用16-17
• 1.5 课题来源及研究内容17-19
• 第2章 焊接工艺参数与焊点力学性能关系研究19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 电阻点焊数值模拟的理论基础19-32
• 2.2.1 点焊过程数值模拟的理论模型19
• 2.2.2 电/热/力学模型19-22
• 2.2.3 接触电阻的计算22-23
• 2.2.4 焊点直径与焊点力学性能的关系研究23-30
• 2.2.5 焊接飞溅机理30-32
• 2.3 电阻点焊建模及求解32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 车身焊点受力分析35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 车身力学仿真35-40
• 3.2.1 有限元理论35-37
• 3.2.2 车身CAE仿真精度提升方法37-40
• 3.3 基于某车型座椅强度模型的焊点受力分析40-43
• 3.3.1 焊点负荷的定义40
• 3.3.2 焊点受力分析40-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 基于车身焊点载荷的焊接参数优化方法44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 焊点质量的评价标准44-48
• 4.2.1 传统焊点质量评价标准44-47
• 4.2.2 基于焊点载荷的焊点质量评价标准47-48
• 4.3 焊接能耗的定义48
• 4.4 基于车身焊点载荷的焊接参数优化方法48-52
• 4.4.1 均衡思想48-49
• 4.4.2 响应面法49-50
• 4.4.3 焊点“质量—能耗”均衡模型的数学表达50-51
• 4.4.4 基于车身焊点载荷的焊接工艺参数优化方法及流程51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 基于安全带固定座强度模型的焊点焊接工艺参数优化53-72
• 5.1 引言53
• 5.2 电阻点焊的数值模拟53-61
• 5.2.1 安全带固定座简易几何结构53-54
• 5.2.2 电阻点焊有限元模拟54-59
• 5.2.3 焊接工艺参数与焊点力学性能之间的响应面模型59-61
• 5.3 焊点受力分析61-67
• 5.3.1 4-spot结构受力分析61-64
• 5.3.2 8-spot结构受力分析64-65
• 5.3.3 6-spot结构受力分析65-67
• 5.4 焊接参数优化选取67-68
• 5.5 实验验证68-70
• 5.6 本章小结70-72
• 结论与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录79

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本文编号：1107176