基于碰撞仿真的车身焊点简化模型研究

论文摘要

点焊连接是目前钢结构车身各部件之间的主要连接方式。在车辆发生碰撞的过程中,一些位于关键位置的车身焊点结构会经历大位移与大变形过程并因此而失效脱开,进而对车身在碰撞过程中许多安全性能造成重大影响。因此,一种真实可靠,易于实施且能够合理模拟焊点在碰撞过程中失效脱开现象的车身简化焊点模型对于车辆碰撞仿真研究有着重要的意义。本文针对这些情况作了以下几点工作：(1)针对目前我国汽车行业在焊点模拟中使用较多的刚性杆单元模型,本文介绍了两种国外较为成熟的可以模拟焊点失效问题的车身焊点简化模型——弹塑性梁单元模型与弹簧阻尼单元焊点模型,并引入了这两种模型的脆性失效准则。(2)将以上三种焊点模型用于帽型薄壁梁的准静态压溃仿真模拟和刚性墙轴向冲击仿真模拟,并引入失效条件,在与实验结果相对比后得出结论：在准静态压溃情况下三种焊点模型均能较好的与实际情况相符合,而在碰撞冲击情况仿真下,使用弹塑性梁单元焊点模型的薄壁梁有更高的强度,并能够更好的吸收碰撞带来的能量。(3)针对目前汽车行业车身轻量化的工作,本文根据原车型设计,将长安集团某车型的前保险杠内衬板替换为高强钢材料,并用引入失效条件的弹塑性梁单元焊点模型模拟相关焊点并进行保险杠正碰仿真,最终得出结论：车身轻量化后前保险杠组件的力学性能并没有降低,并且使用高强钢内衬板的模型其焊点性能更加稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 车身碰撞安全性的相关研究
• 1.1.1 车身碰撞安全性的发展
• 1.1.2 车身碰撞安全的国内外相关法规
• 1.2 焊接技术及车身轻量化概述
• 1.2.1 焊接技术在汽车工业中的应用
• 1.2.2 车身轻量化与车身高强钢的应用
• 1.3 相关课题的国内外研究现状
• 1.3.1 车身碰撞模拟仿真的国内外研究现状
• 1.3.2 关于车身焊点模型的国内外研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 本章小结
• 2 碰撞模拟仿真的基本理论
• 2.1 有限元的基本理论
• 2.1.1 动力学基本方程
• 2.1.2 中心差分算法
• 2.1.3 碰撞模拟仿真中的沙漏能控制
• 2.1.4 碰撞模拟中的接触问题
• 2.1.5 碰撞模拟中接触力的计算
• 2.2 点焊连接的基本理论
• 2.2.1 焊接结构的特点与焊接完整性
• 2.2.2 焊点的金属特性与力学性能
• 2.2.3 焊接结构的断裂
• 2.3 本章小结
• 3 焊点模型对帽型薄壁梁仿真的影响
• 3.1 焊点有限元模型的选取与建立
• 3.1.1 弹簧阻尼单元焊点模型
• 3.1.2 弹塑性梁单元焊点模型
• 3.1.3 焊点有限元模拟中的失效准则
• 3.2 焊点模型在帽型薄壁梁的准静态压溃仿真中的影响
• 3.3 焊点模型在薄壁梁碰撞冲击仿真中的影响
• 3.4 本章小结
• 4 车身轻量化仿真模拟中焊点模型的影响
• 4.1 高强钢的基本理论
• 4.1.1 高强钢的划分与特性
• 4.1.2 轿车车身用高强钢
• 4.2 单一焊点对高强度钢的影响
• 4.3 应用弹塑性梁单元焊点模型的车身前保险杠碰撞仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢