[發明專利]一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法

有效

• 申請號: 202010637885.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111745276B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 魏艷紅;劉湘波;劉仁培;郭凱;蔡佳思
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23K11/11
• 分類號: B23K11/11;B23K11/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：對復雜鈑金構件的所有焊點進行分類，并賦予焊點分類編號；

步驟2：對每類焊點建立試片級構件，采用溫度相關的材料模型開展電-熱-結構耦合模擬，并獲取各類焊點在各自工藝參數下的壓痕深度；

步驟3：集合焊點分類信息、材料參數和電-熱-結構耦合模擬所得的壓痕深度結果建立分類焊點的數據庫；

步驟4：分別建立網格模型、邊界條件、定義接觸信息和工況信息，從而得到復雜鈑金構件的有限元模型；

步驟5：開展復雜鈑金構件點焊過程的靜態結構分析，先在數據庫中調取當前焊點的電極半徑和壓痕深度等信息，根據電極半徑建立電極頭的形貌函數，根據焊點位置和壓痕深度計算邊界條件中所選節點的位移矢量，將所得的位移矢量作為邊界條件賦予每個節點后開展靜態結構分析，最終得到復雜鈑金構件的應力和變形結果。

2.根據權利要求1所述的一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法，其特征在于步驟1中對復雜鈑金構件所有焊點，按照板材的層數、每層板的厚度、每兩層板之間的間隙、施焊電極的電極頭半徑、電極壓力、點焊電壓或電流、點焊四個階段預壓/通電/冷卻/間隔的時間進行分類，可以有效精簡整個汽車白車身總成中所有復雜鈑金構件所包含的幾千個焊點，得到互不重復的焊點信息。

3.根據權利要求1所述的一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法，其特征在于步驟2中，不對復雜鈑金構件所包含的所有焊點進行電-熱-結構耦合模擬，僅對互不重復的分類焊點進行電-熱-結構耦合模擬，可以有效縮短針對所有焊點的模擬時間；其特征還在于步驟2中，僅利用簡單的試片級構件進行電-熱-結構耦合模擬得到各個分類焊點在各自工藝下的壓痕深度，而非利用復雜鈑金構件。

4.根據權利要求1所述的一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法，其特征在于步驟4中建立的復雜鈑金構件快速模擬的有限元模型中保留了真實焊接條件下的接觸狀態，使模擬結果更接近真實。

5.根據權利要求1所述的一種復雜鈑金構件電阻點焊殘余應力和變形的快速模擬方法，其特征在于步驟5中，對復雜鈑金構件的點焊過程進行模擬時，采用基于焊點區域固定位移的靜態結構分析代替電-熱-結構耦合模擬，通過簡化電-熱和熱-結構耦合模擬提高了模擬效率，又通過等效再現焊點壓痕保留了大部分的模擬精度；所述步驟5中的位移矢量，計算過程如下：

(1)從數據庫中獲取電極球頭半徑R、上下壓痕深度d_i

(2)計算上下壓痕表面半徑r_i

(3)根據邊界條件中提供的當前焊點的位置篩選所選取的各個焊點附近上、下表面的節點是否將發生位移，僅對將要發生位移的節點進行后續計算，篩選依據如下：

(4)求取電極閉合方向的方向矢量

(5)求取局部柱坐標系中上、下電極頭球心的坐標

(6)求取節點發生位移的方向矢量

(7)求取位移值

(8)求取節點的位移矢量