【论文解读】汽车一维焊点失效模拟-碰撞安全

标定焊点参数力学试验
       为标定焊点极限拉伸力和剪切力， 设计了不同板厚和材料的拉伸和剪切试验， 如图 1 所示。焊点拉伸试验为两种板材样件在十字交叉中心处焊接，在样件的两端分别朝上、下两个方向施加外载荷; 焊点剪切试验为两种板材样件在一端搭接处焊接， 在另一端施加方向相反的外载荷。焊接参数采用与实际生产相同的输入条件

       根据实际的点焊参数， 在拉伸机上进行试验，如图 2 所示。剪切试验拉伸机可直接夹持试样的两端，为拉伸试验专门设计了夹具， 将两个试样的两端分别通过螺栓固定到两个经过计算校核、刚度足够的夹具上， 使焊点所受拉力和拉伸机的拉力方向保持一致。试验数据校核修正仿真结果以 TL1550 － 220点焊样件为例， 板厚、材料牌号分别为 1 mm 的HX380LAD 和 0． 7 mm。在拉伸机上进行 3 ～ 5 次试验后，取出一组位于中间值的力和位移曲线。

        参照图 1， 建立焊点拉伸和剪切有限元模型，其网格大小与整车有限元模型的网格大小保持一致，使焊点模型具有应用一致性。将试验得到的拉力最大值 4 953 N、剪力最大值 3 361 N 作为输入条件 FN 和 FS， 经 Pam － Crash 计算后得到仿真焊点力和位移曲线。

应用案例
       在某车型车身总成碰撞试验中， 前地板与门槛结合处出现 5 个焊点开裂， 如图8 ， 通过本文的焊点试验方法， 建立一维焊点模型， 多层焊分解成多个两层焊点连接， 通过力学试验标定了附近不同板厚、材料的零件之间焊点的参数， 开裂处焊 点 极 限 拉 伸 和 剪 切 力 分 别 为 8． 2 kN 和14． 4 kN，应用到碰撞仿真中， Pam － Crash 计算结果如图 8( 中) ， 焊点开裂情况和试验一致。对焊点的数量进行优化， 增加了 5 个焊点后， 如图 8( 右) ，仿真结果显示碰撞后结构保持完整， 能够满足碰撞安全要求。焊点失效参数数据库建设到一定规模后， 即可在整车范围的焊点模型使用经过试验标定的失效参数，在开发过程中不断优化存在碰撞失效风险的焊点，模型的精确性能够得到保证。

      本论文研究了在轿车有限元碰撞仿真中准确模拟焊点失效的方法。对点焊样件进行拉伸和剪切力学实验，建立了试验的一维焊点有限元模型和相应的失效模型，使用数值优化等方法，对焊点失效模型的参数进行了校核标定，使仿真中焊点的受力和失效后吸收的能量与试验的偏差最小。应用此方法在仿真中再现并解决了某次碰撞试验中出现的焊点开裂问题。提出了建立车身焊点失效参数数据库的设想。

[1]连志斌,刘雍.基于试验标定的轿车碰撞焊点失效模拟方法研究[J].上海汽车,2015(06):50-53.

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