隨著汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，對(duì)車身制造的要求也越來(lái)越高，高質(zhì)量、柔性化及高節(jié)拍生產(chǎn)越來(lái)越成為車身制造的發(fā)展方向，采用快速的機(jī)運(yùn)系統(tǒng)是提升車身制造效率的有效途徑之一:比如車身車間摩擦滾床的應(yīng)用。車身零件總成之間需保證良好的連接強(qiáng)度，從而滿足車身總成高速、高節(jié)拍的機(jī)運(yùn)運(yùn)輸需求。

運(yùn)輸變形是薄板零件常見(jiàn)的變形形式之一，嚴(yán)重的運(yùn)輸變形將引起零件表面質(zhì)量問(wèn)題，造成結(jié)構(gòu)或工藝失效等問(wèn)題。因此，對(duì)零件在運(yùn)輸過(guò)程中的變形進(jìn)行合理預(yù)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)變形風(fēng)險(xiǎn)，從而在零件設(shè)計(jì)階段對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化、避免變形風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。宋平等通過(guò)采用有限元分析方法，分析圓柱形整環(huán)在運(yùn)輸工況下的應(yīng)力和變形，得出其變形的趨勢(shì)和應(yīng)力集中的位置。針對(duì)這些薄弱位置， 采取不同的加固措施，從而得出合理的加固措施， 確保圓柱形整環(huán)運(yùn)輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性。李相周等對(duì)鋼箱梁梁塊運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中的應(yīng)力和變形進(jìn)行有限元分析，為鋼箱梁安全施工提供理論保障。

汽車白車身制造工藝同步工程是由美國(guó)國(guó)防分析研究所(Institute for Defense Analysis，IDA)在20世紀(jì)80年代所提出。根據(jù)其(IDA)R338的定義:“同步工程(Simultanous Engineering,SE) 是集成地并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)的系統(tǒng)方法”。這種方法要求產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)人員與其他人員一起并行工作，在設(shè)計(jì)一開(kāi)始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢 處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶的要求。

本文通過(guò)在車身工藝同步工程階段，采用有限元求解軟件 Optistruct 對(duì)后端板在車身制造過(guò)程中的機(jī)運(yùn)運(yùn)輸變形進(jìn)行分析，指導(dǎo)后端板結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而避免機(jī)運(yùn)運(yùn)輸變形造成的車身連接、尺寸匹配等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，為提前發(fā)現(xiàn)車身制造質(zhì)量問(wèn)題、節(jié)約制造成本提供理論方法和依據(jù)。

車身后端板

后端板總成是車身重要的連接零件，其通過(guò)點(diǎn) 焊與車身后地板和左右側(cè)圍后部相連，如圖 1 所示。在車身整體的連接中，其連接強(qiáng)度非常好，可以滿 足制造過(guò)程中機(jī)運(yùn)運(yùn)輸?shù)膯?dòng)、急停等制造工況要求。然而，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造裝配順序，在下車身與上車身裝配之前，后端板僅與后地板連接， 如圖 2 所示。因此，為了保證后端板在工位之間機(jī)運(yùn)運(yùn)輸制造過(guò)程中的連接和尺寸的穩(wěn)定性，后端板與下車身連接需保證足夠的強(qiáng)度，從而保證與后道 工位的零件良好的尺寸匹配，避免后端板在與下車身的制造過(guò)程中發(fā)生永久變形。

為保證后端板在制造過(guò)程中的連接強(qiáng)度，其常 見(jiàn)增加連接強(qiáng)度的方式有如下3種:
1）后地板無(wú)備胎坑結(jié)構(gòu)，且后端板與后輪罩設(shè)計(jì)距離較遠(yuǎn)，增加后端板與后地板側(cè)面底部的連接，如圖3所示。
2）后地板備胎坑結(jié)構(gòu)較深，通過(guò)torsion box與后地板總成連接，如圖4所示。
3）后地板備胎坑結(jié)構(gòu)較淺，且后地板與輪罩設(shè)計(jì)距離較近，通過(guò)后輪罩與底板總成連接，如圖5所示。

一般來(lái)說(shuō)，圖4和圖5由于增加了后端板上部連接，整體連接分布較均衡，在制造過(guò)程中，后端板與下車身連接強(qiáng)度較好。圖3的連接形式由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，連接分布在底部，為確保其連接強(qiáng)度滿足車身制造過(guò)程中機(jī)運(yùn)運(yùn)輸變形的要求，在車身工藝前期同步工程中，采用有限元仿真方法對(duì)其制造過(guò)程中的連接強(qiáng)度進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化，使其滿足制造要求，避免制造過(guò)程中零件發(fā)生永久變形，防止零件后期更改造成零件修模等成本的增加。

機(jī)運(yùn)運(yùn)輸變形分析

車身制造過(guò)程中，零件總成之間需滿足一定的連接強(qiáng)度，從而保證車身制造過(guò)程中良好的連 接質(zhì)量和尺寸匹配要求。由于分析工況主要是評(píng)估后端板在下 車身總成中是否存在運(yùn)輸變形風(fēng)險(xiǎn)，采用下車身有限元模型對(duì)后端板運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行仿真分析。

1. 有限元模型

采用常用的有限元前處 理軟件Hypermesh 建立基于Optistruct的有限元分析模型。通過(guò)在車身鈑金中面劃分平均尺寸為5mm的2D網(wǎng)格，通過(guò)單元屬性賦予零件厚度，采用 ACM 單元建立點(diǎn)焊連接，采用RBE2剛性單元對(duì)弧焊等焊縫進(jìn)行模擬。由于該分析工況仍處于車身車間，膠類零件未經(jīng)油漆車間高溫烘烤后的膨脹和硬化，膠類零件在車身車間還未實(shí)現(xiàn)有效的連接。因此，模型不考慮膠類零件的連接。最終得到下車身有限元模型如圖6所示，總計(jì)包含單元總數(shù)915 568，四邊形單元826816，三角形單元36353， ACM連接焊點(diǎn)數(shù) 3594，剛性單元TBD。

2. 仿真邊界條件

根據(jù)車身在制造過(guò)程中的機(jī)運(yùn)運(yùn)輸及固定方式，對(duì)車身底板四個(gè)主定位孔進(jìn)行固定約束，如 圖7所示。根據(jù)機(jī)運(yùn)過(guò)程中啟動(dòng)、 急停的最大加速度，對(duì)下車身模型在機(jī)運(yùn)方向施加0.5 g 慣性載荷，同時(shí)考慮重力1g慣性載荷，其中g取9.8m·s-2。

3. 仿真結(jié)果及分析

通過(guò)在Hyperview 中提取計(jì)算結(jié)果，可得到下車身在機(jī)運(yùn)急停過(guò)程中零件的應(yīng)力云圖和變形云圖，如圖8和圖 9 所示。由圖8可知，后端板在運(yùn)輸過(guò)中 最大應(yīng)力達(dá) 206 MPa，發(fā)生在 定位焊點(diǎn)附近，已超出材料屈服 140 MPa，說(shuō)明連接處已發(fā)生永久變形。由圖 9 可知，在機(jī)運(yùn)運(yùn) 輸過(guò)程中，后端板上部最大位移可達(dá)19.3 mm。

根據(jù)上述分析方法，針對(duì)后端板其他兩種連接形式進(jìn)行分析和對(duì)比，得出如表所示的結(jié)果。由表可知，后端板通過(guò)與torsion box 或輪罩連接后，具有較好的連接強(qiáng)度，機(jī)運(yùn)過(guò)程中最大應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度，過(guò)程中最大位移也遠(yuǎn)小于與后地板連接的情況，因此可以滿足制造要求。針對(duì)與后地板連接的情況，需要通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化加強(qiáng)后端板的連接，使其滿足要求。

結(jié)構(gòu)改進(jìn)

根據(jù)上述分析結(jié)果，后端板與下車身連接強(qiáng)度不足，造成后端板運(yùn)輸過(guò)程中零部件連接處發(fā)生永久變形。因此，需 通過(guò)增加結(jié)構(gòu)連接，使其滿足制造要求。提出如下兩個(gè)結(jié)構(gòu) 改進(jìn)措施，延伸后端板側(cè)面，在側(cè)面增加兩個(gè)定位焊點(diǎn)，如圖10和圖11所示。

對(duì)改進(jìn)后的結(jié)果進(jìn)行有限元分析校核，由圖 12 可知，改進(jìn)后零部件的最大應(yīng)力為32.2 MPa， 已降至屈服強(qiáng)度以下，零部件無(wú)永久變形風(fēng)險(xiǎn)。且運(yùn)輸過(guò)程中零部件的最大變形僅為1.2 mm，滿足制造機(jī)運(yùn)運(yùn)輸要求。

綜上，增加后端板與車身側(cè)面的連接對(duì)于其連接強(qiáng)度具有非常有效的提升作用。由此可知: 后端板無(wú)側(cè)面連接，零部件運(yùn)輸過(guò)程中類似懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)定性差，強(qiáng)度較弱;而通過(guò)增 加側(cè)面連接，后端板與下車身連接猶如半包結(jié)構(gòu)，連接穩(wěn)定性高，強(qiáng)度較高。

總結(jié)

通過(guò)在車身工藝同步工程階段對(duì)下車身進(jìn)行機(jī)運(yùn)運(yùn)輸有限元虛擬評(píng)估，發(fā)現(xiàn)零部件在制造過(guò) 程中的變形風(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)分析結(jié) 果對(duì)零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于提升車身在制造過(guò)程中的連接質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性，避免零部件在制造過(guò)程中發(fā)生永久變形，降低零部件后期的修模、物料等制造成本具有重要的指導(dǎo)意義。

（轉(zhuǎn)載）