某車型后隔板區域開裂研究與優化

蔡琳娜，馬 征，張振明，張東升 Cai Linna，Ma Zheng，Zhang Zhenming，Zhang Dongsheng

某車型后隔板區域開裂研究與優化

蔡琳娜，馬 征，張振明，張東升
Cai Linna，Ma Zheng，Zhang Zhenming，Zhang Dongsheng

（北京汽車股份有限公司汽車研究院 車身部，北京 101300）

結合某車型在路試中出現的后隔板區域開裂問題，進行了搭接結構分析及優化，并利用CAE分析及實車驗證，有效解決了后隔板區域開裂問題，為后續車型結構設計提供參考。

后隔板；焊點開裂；結構優化

0 引 言

隨著汽車走進千家萬戶，消費者對汽車的安全性愈加重視。新車型開發過程中，為了保證車身在使用過程中的可靠性和耐久性，通常會對整車進行各種加速破壞的驗證試驗[1]。在三廂車車身結構中，后隔板對車身的扭轉、彎曲等結構性能起到關鍵作用。結合CAE模擬分析技術，針對某車型耐久性試驗中發生的后隔板區域開裂問題，進行優化方案分析及實車驗證，最終解決該車型路試問題；同時闡述后隔板區域結構設計優化意見，為后續車型設計提供參考。

1 問題描述

某車型在工程樣車第1階段整車道路耐久性試驗中，后隔板與左、右側圍連接處出現不同程度的焊點或焊縫開裂，如圖1所示。

圖1 后隔板區域開裂

2 開裂原因分析

后隔板是三廂轎車特有的結構，位于車身后排座椅靠背的后面，行李廂的前面，連接左、右側C柱鈑金結構，承受來自后懸置高頻復雜的傳遞力。針對試驗中的開裂現象，分析其中原因。

2.1 后隔板區域零件材料等級偏弱，厚度偏薄

后隔板區域選材見表1。原車采用二保焊焊接，薄板易焊穿燒蝕，應力集中，無法承受車身扭轉工況，導致開裂。

表1 后隔板區域選材明細

2.2 二保焊布置不合理

后隔板總成采用整體上件，在與側圍搭接處以二保焊焊接為主，點焊布置在搭接邊端部。當兩零件搭接貼合度差時，二保焊焊縫連接強度不足，車身在扭轉工況中，焊點、焊縫端頭應力集中，導致開裂。

圖2 后隔板焊點焊縫布置

3 結構優化及CAE分析驗證

3.1 加強材料

針對后隔板區域零件選用材料等級偏弱的問題，對零件材料等級進行加強，見表2。

表2 后隔板區域加強材料方案

3.2 料厚變更

針對后隔板區域零件選用材料厚度偏弱的問題，對零件厚度進行加強，見表3。

表3 后隔板區域增加料厚方案 mm

3.3 優化焊點布置，增加結構膠

取消后隔板與左、右側圍搭接處周圈二保焊焊縫，增加3個焊點，如圖3所示。通過焊槍模擬，將焊接過孔1沿負方向整體移8 mm，在后隔板本體上增加焊接過孔2，實現新增焊點焊接；同時在后側上部搭接邊中間位置增加一個螺接點。

取消二保焊后，可增加的焊點有限，焊點間距較大，最大處約90 mm，焊點連接強度弱。為了進一步增強搭接零件間的連接強度，在后隔板與連接板間增加結構膠，如圖3所示。

圖3 優化方案

3.4 CAE分析驗證

針對以上優化方案，進行CAE模擬分析，對圖4中5個敏感焊接位置的安全系數進行優化前、后對比，結果見表4。采用結構膠方案取消了位置2、4、5處二保焊，徹底避免焊縫開裂問題，表格中用★表示。對比可見，材料等級提升方案與原方案相比，焊點的安全系數小幅度提升，貢獻量較小；材料厚度提升方案與原方案相比，焊點安全系數提升幅度在20%左右，此方案會產生模具費用并使單車成本增加；結構膠方案與原方案相比，焊點安全系數提升幅度明顯，且方案簡單易實施。綜上所述采用優化焊點布置、增加螺接點及結構膠的方案。

圖4 焊接位置示意

表4 優化方案安全系數

注：★為位置2、4、5處取消二保焊，采用結構膠方案，徹底避免焊縫開裂問題。

4 優化方案試驗驗證

4.1 改制方案驗證

根據CAE分析結果，在工程樣車第2階段 整車道路耐久性試驗車上，按照點焊加結構膠的方案進行手工改制，驗證工藝可實施性，如圖5所示。通過驗證，焊槍操作性良好，人員站在行李廂后側進行螺接的方便性良好。

圖5 手工改制車狀態

4.2 整車道路耐久性試驗驗證

對改制車進行第2階段整車道路耐久性試驗驗證，跟蹤拆解發現車身結構良好無開裂問題，如圖6所示。

圖6 整車道路耐久性試驗驗證狀態

5 結 論

針對某車型開發過程中路試出現的后隔板區域開裂問題進行了原因分析，應用CAE模擬分析，得到優化結果；通過手工改制驗證優化方案的實際可操作性；通過實車路試試驗，驗證了優化方案的結構耐久性能，后隔板區域開裂問題得到解決。同時，對后續新開發車型提出如下建議：（1）因后隔板區域承受復雜且頻繁的沖擊力，應選擇強度高、料厚足的鈑金材料[3]；（2）合理安排零件上件順序，合理布置焊點，使后隔板與左、右側圍有效連接；（3）后隔板搭接區域不建議使用二保焊。

[1]鄒素平. 某車型后隔板與后地板連接結構焊點失效研究與改進：2015中國汽車工程學會年會論文集[C]. 上海：中國汽車工程學會，2015：910-911.

[2]汪沛偉，龔侃，袁亮，等. 基于疲勞設計理論解決轎車車身后部開裂問題[J]. 汽車科技，2016（6）：108-111.

[3]顧楠，魏超，李偉，等. 基于CAE分析的后隔板區域結構優化：2018中國汽車工程學會年會論文集[C]. 上海：中國汽車工程學會，2018：1477-1482.

2019-08-30

U463.83

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.06.011

1002-4581（2019）06-0047-03