—種車型門檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接位置的強度分析

摘要：扭轉(zhuǎn)工況下，車身零件會受到擠壓變形。良好的強度性能可以防止車身結(jié)構(gòu)在交變載荷作用下，產(chǎn)生大的變形和引起各部件大的相對位移。具備良好的車身強度通常需要優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)或者優(yōu)化焊點位置。

關(guān)鍵詞：CAE分析;路試;疲勞斷裂;焊點

中國分類號：U461 文獻標識碼：A

O 引言

當汽車運動時，車身結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)載荷分配不均衡和結(jié)構(gòu)強度不適應載荷要求的情況，這將影響承載系統(tǒng)的總變形，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形不均衡的現(xiàn)象。構(gòu)件布置設(shè)計時，尤其要注意駕駛室與前部敞開部分相連接區(qū)域剛度的加強，如縱梁到門檻的扭矩盒，前鉸鏈柱上端的前指梁。為避免大的力流集中由前縱梁通向駕駛室，結(jié)構(gòu)件的布置應使通過前縱梁的力流分散地過渡到前圍板區(qū)域及地板與門檻。而在進行整車可靠性道路試驗中，車身會受到整車彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度影響。車身剛度一般會影響汽車目標性能即NVH性能和車身結(jié)構(gòu)耐久性，車身結(jié)構(gòu)耐久性通常是衡量車身疲勞破壞的標準。

疲勞是由循環(huán)應力引起的裂紋起始和緩慢擴展而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件損傷。材料在交變應力或應變作用下，也會由于裂紋擴展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞斷裂是金屬結(jié)構(gòu)失效的一種重要形式。本文主要討論門檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接位置處的結(jié)構(gòu)耐久性問題（圖1）。

1 某車型在設(shè)計階段路試過程問題描述

在一種車型上市之前，為了驗證其剛度、強度和NVH等性能問題，需要對車輛進行多次路試驗證。本文所陳述的是某車型進行前期整車可靠性道路試驗時，在路試過程中發(fā)現(xiàn)的故障問題[1]。在進行整車拆檢時，實車查看發(fā)現(xiàn)，在右A柱下端靠近地板處開裂，裂紋約17 mm（圖2）。焊接缺陷對疲勞強度的影響與缺陷的種類、尺寸和位置有關(guān)系。通常片狀缺陷（如裂紋、未熔合，未焊透）比帶圓角的缺陷（如氣孔）影響大。如圖3所示，焊點整個圓周開裂，且裂紋向外延伸30 mm。

2 焊點開裂原因分析

通過零件搭接結(jié)構(gòu)和焊點分布情況對整車模型進行CAE分析。首先介紹開裂零件：前側(cè)板T為0.8 mm，材料為BLD，材料屈服155 MPa;門檻內(nèi)板T為1.2 mm，材料為BLD，材料屈服155 MPa。分析結(jié)果如表1所示，某車型T1狀態(tài)即為目前的路試狀態(tài)，某車型T2狀態(tài)即為優(yōu)化后的應力值。根據(jù)分析結(jié)果可知，左前側(cè)板的應力值為129 MPa，接近屈服極限值155 MPa。右前側(cè)板的應力值為198 MPa，高于屈服極限值155 MPa。在進行扭轉(zhuǎn)工況下的車身強度分析時，此車型左右門檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接處焊點應力都較高，高應力位置與開裂焊點位置符合度較高。由焊點性質(zhì)及開裂方式可知，該焊點為疲勞開裂。

3 改進措施

根據(jù)以往經(jīng)驗可知，擁有良好的車身強度通常需要優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)或者優(yōu)化焊點位置。某款商用車前期開發(fā)時，發(fā)現(xiàn)前側(cè)板與門檻內(nèi)板搭接處也有開裂問題，采用增加焊點的方式，應力由182 MPa降為147 MPa，153 MPa降低為104 MPa，降低了32%，且路試驗證結(jié)果并未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象[2-3]。為防止應力集中問題，采用增加搭接焊接面焊點數(shù)量，分散應力的方法。在左、右前側(cè)板與門檻內(nèi)板搭接位置圓弧位置處各增加1個二層焊點，數(shù)量共2個，具體位置如圖4所示。

4 方案驗證

通過零件搭接結(jié)構(gòu)和優(yōu)化后的焊點分布情況，對整車模型重新進行CAE分析，并結(jié)合表1分析結(jié)果可知，應力會相應降低。右前側(cè)板應力由198 MPa降為153 MPa，左前側(cè)板應力由129 MPa降為91 MPa。如圖5所示，在前側(cè)板內(nèi)板與門檻內(nèi)板搭接拐角位置處增加2層焊，能夠降低開裂處焊點應力集中問題。對優(yōu)化后的某車型重新進行路試試驗，驗證是否還有開裂問題。

5 結(jié)束語

對焊點優(yōu)化后的車身重新進行可靠性路試驗證，前側(cè)板與門檻內(nèi)板搭接處沒有發(fā)現(xiàn)焊點開裂。所以，門檻內(nèi)板與前側(cè)板可以采用增加焊點的方式防止前側(cè)板開裂[4-5]。影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強度的因素很多，由于在接頭部位容易產(chǎn)生不同程度的應力集中，在設(shè)計焊點分布和型面搭接時需要特別注意，避免搭接位置間隙大、T型搭接面等問題。本文通過增加搭接位置處的焊點，成功的降低了應力集中的問題。

【參考文獻】

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[3] 李莉.焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4] 王偉，賀海燕，袁陽.汽車側(cè)面碰撞門檻加強梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].汽車工程師，2014（10）：19-22.

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