基于汽车碰撞仿真的点焊连接关系有限元模拟方法.pdfVIP

’ 第43卷第7期 机械工程学报 v01．43No．7 2007年7月 JIll． 2007 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING 基于汽车碰撞仿真的点焊连接关系有限元模拟方法 施欲亮 朱平沈利冰林忠钦 (上海交通大学机械与动力工程学院上海200240) 摘要：针对现在一般汽车碰撞有限元模型采用刚性梁作为点焊连接关系的模拟方法，通过仿真计算和参数影响分 析，发现网格大小以及刚性梁与相连平面的夹角对于点焊的失效时间有着很大的影响，采用刚性梁单元模拟点焊 连接关系是不稳定、不可靠的。提出以不依赖网格节点的弹一塑性梁作为点焊连接的有限元模拟方法，并经过仿 真结果对比，发现弹一塑性梁单元对小网格尺寸不敏感，对于点焊失效时间的模拟是稳定、可靠的，因而更加适 合在汽车碰撞仿真中对点焊连接关系进行模拟。 ； 关键词：汽车碰撞仿真点焊连接有限元法帮一塑性梁 中图分类号：U461 越来越倾向于采用高强度材料来代替原先的低碳 ‘’ O前言 钢，这就使焊核的强度相对于周围零件不占优势， 在经历撞击时极有可能发生塑性变形以至于发生塑 汽车碰撞仿真在汽车安全性研究中扮演着越来 性失效【5棚。所以不考虑点焊材料以及形状的刚性梁 越重要的角色。对于汽车的碰撞仿真来说，点焊不 点焊模型无法满足这种情况，必须寻求另一种合理 仅起到连接车身零件的作用，它的失效行为影响着 的点焊连接模拟方法。 车身各部件的动力学关系，因而建立简单而有效的 针对已有方法的不足，提出了以弹一塑性梁来 点焊连接有限元模型是极为重要的。 模拟点焊连接关系的方法。为了能够很好地对比， 点焊连接关系有限元模拟的基本思想是建立一 详细描述了刚性梁与弹一塑性梁的有限元模型，并 定的能够反映点焊力学特性的约束条件来连接不同 利用仿真试验，进行了网格尺寸和梁单元与相连平 的结构件，若是约束力逐渐增大到一定程度，连接 面夹角对于两种模型的点焊单元断裂失效时间的参 ‘ 方式会最终失效。基于汽车碰撞的点焊连接模拟方 数影响分析。仿真结果证明，弹一塑性梁模型在模 法有很多，高卫民掣l】提到了焊点的刚杆连接法、 拟点焊连接的断裂失效时间上比刚性梁模型更加稳 公用节点法以及公用单元法；而xU等【2】则描述了 定、可靠。 以单杆模型、轮辐模型、多杆模型和实体焊核模型 作为点焊连接模拟的方法。然而对于汽车碰撞仿真 1 点焊连接关系的有限元模拟 这个具有几千个焊点的庞大有限元系统，焊点的处 理方式、计算效率和计算精度一直是权衡的焦点。 1．1刚性梁点焊连接模拟 上述模型中，公用节点法和公用单元法虽然计算效 1．1．1刚性梁有限元模型 率高，但无法模拟断裂失效且处理方法工作量大； 在碰撞有限元仿真中，一般是以位于零件中面 单杆模型、轮辐模型、多杆模型和实体模型对于所