基于有限元的点焊试件刚度分析与试验比较.pdf

论述 LOW CARBON WORLD 2015/2 基于有限元的点焊试件刚度分析与试验比较 杨元林，严若胜，单其雨（三一重工股份有限公司，湖南长沙） 【摘 要】建立了三种最具有代表性的点焊焊核模拟方式，并通过弹塑性有限元分析得到了试件在受到剪切和拉伸作用下力与位移的关系。仿 真结果与基于JIS Z3136 点焊接头剪切拉伸实验方法 TG301L 和SUS301L 两种材料的不锈钢试件剪切拉伸试验曲线进行比较。结果表明：无 论何种焊核模拟方式，仿真模型的刚度均小于试件实际的刚度；试件在受剪切拉伸力的作用下，用实体单元对焊核进行模拟刚度最大，且与实 际刚度值最贴近，伞状单元次之，单个梁单元刚度与实际相差最大。 【关键词】点焊；刚度；弹塑性分析；试验 【中图分类号】 【文献标识码】 【文章编号】 （ ） TG44 A 2095-2066 2015 04-0286-02 1 引言 点焊结构具有质量轻 、静强度高 、可靠性好 、性能稳定和 易于实现自动化等优点 ， 在汽车工业及不锈钢列车中被广泛 地采用 ，是车身结构中大量金属板件间的主要连接方式 。 典型 的汽车车身结构点焊超过 2000 个 ， 对于有些不锈钢地铁车 辆 ，点焊点甚至超过 10000 个[1] 。 由于车身结构具有焊点数目 多空间曲面复杂及几何特征多等特点 ， 要建立非常精确的车 身模型极为困难 。 另一方面 ，在建立车身结构 数学模型时 ，为 避免使问题变得 过于复杂 ， 应在尽可能如实反映车身结构主 要力学特征的前提下 ，对模型进行适当的简化 。 因此 ，从 20 世 纪 70 年代起 ，国内外各大汽车公司相继对各种品牌的轿车和 图1 有限元模型 大客车建立了简化模型[2] ，而对车身疲劳 、动力学模型精度有 着重要影响的大量焊点并没有详细考虑 ， 这在一定程度上影 响了仿真结果的精度[3~5] 。 对工程设计人员来说 ，了解不同焊接接头的机械特性 ，更 进一步的 ，在产品前期的 CAD/CAE 设计 中 ，综合考虑这些接 头静态 、冲击和疲劳强度对产品结构的影响是非常重要的 。 本 图2 TG301L试件的几何尺寸图 文基于典型的不锈钢试件 ， 以三种具有代表性的点焊模拟方 法为研究对象 ， 通过有限元分析得到了试件在受到剪切拉伸 作用下力与位移的关系 。 仿真结果与基于 JISZ3136 点焊接头 剪 切 拉 伸 实 验 方 法 的 TG301L 和 SUS301L （TG301L 和 SUS301L 分 别 为产自中国和 日本的 两种不锈钢 材料 ） 两种 材 料 的不锈钢试件剪切拉伸实验曲线进行了 比较 ， 最终找到 最 图3 SUS301L试件的几何尺寸图 合 理 的点焊接头 刚度有限元模拟模型 ，为仿真计算过程中 ，对 点焊模型的合理 简化提供依据 。 3 TG301L 和SUS301L 静拉伸试验以及有限 2 有限元模型与试验试件 元比较 图 1 为三种不同模拟方式下 ， 试件的有限元模型 。 图 1 3.1 TG301L 和SUS301L 静拉伸试验 中，（ ）为单个梁单 元模拟点焊的有限元 局部放 大模型 ；（ ）为 a b 点焊焊核 位 置 主