点焊连接有限元建模方法探究

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1、点焊连接有限元建模方法探究摘要：基于点焊单搭接剪切拉伸试验，在ANSYS软件环境中模拟点焊连接的力学特性，从材料模型、计算模型等方面，尤其是焊点单元与基材单元的连接方式对点焊连接在剪切拉伸工况下的建模方法进行研究。针对焊点单元与基材单元的共节点连接、MPC连接、节点耦合连接3种情况，通过模拟计算结果与真实试验结果的比对，得出较为精确的焊点连接模拟方法，并对焊点单元与基材单元的不同连接方式建模的优劣进行分析。关键词：点焊接头；有限元模型；焊点模拟；弹塑性材料中图分类号：U466文献标文献标志码：A文献标DOI：10.39

2、69/j.issn.2095-1469.2011.05.003ResearchonFiniteElementModelingofSpotWeld-bondedJointsYangRani,ChenJunyi2,WangHongyanl,2(1.Chinese-GermanCollege,TongjiUniversity,Shanghai200092,China；2.CollegeofAutomotiveEngineering,TongjiUniversity,Shanghai201804,China)Abstract:

3、Basedonthesheartest,thepaperexploredanavailableSimulationmethodusedforspotweld-bondedjointsintheANSYSWorkbenchenvironment.Theresearchfocusesonthematerialmodel,calculationmodelandespeciallyonthesimulationmethodforthejointbetweenthespotelementsandtheplateelements.

4、Onthebasisofrealsheartestresult,afiniteelementmodelwasbuilttodeterminethemostaccura.tesimulationmethodforspot-weldedjointsbycomparingtheresultsofthreemethods：theconodemethod,MPCmethodandnodecouplingmethod.Keywords：spotweldbondedjoint；finiteelementmodel；spotwe1dS

5、imulation；elasticplasticmateria.1model点焊连接具有质量轻、静强度高、可靠性好、性能稳定和易实现自动化等优点，在汽车工业中被广泛采用，是车身结构中大量金属板件之间的主要连接形式［1］。因此，在车身设计的早期，运用计算机辅助分析手段，对焊点的连接强度进行模拟分析，对于有效降低生产成本，缩短产品开发周期，提高产品的质量有十分重要的现实意义。目前国内外采用有限元模拟对焊点进行研究的主要人员和方法有：（1）清华大学的吕毅宁、吕振华［2］基于双帽形焊接薄壁梁结构对焊点建模方法进行了探索，分析了

6、直接连接焊点模型和RBE3单元模型对模型刚度和固有振动频率的影响。(2)奇瑞汽车股份有限公司的金泉军[3]基于方盒冲压形件采用ABAQUS软件对简化焊点单元选择及建模方法进行了研究，认为弹塑性单元耦合3个平移自由度与3个转动自由度的焊点模型模拟结果更为准确。(3)法国的Bertrand ；Langrand和Alain ；Combescure[4]同样采用有限元法模拟了单一焊点的剪切搭接试验、剥离试验和正拉伸试验，并探索了失效条件，获得了较为理想的模拟结果。但目前的研究主要针对焊点建模的单元类型选择及

7、模拟方式，本文则重点探讨焊点单元与基材单元间连接、接触方式的影响。本文采用ANSYS软件，基于点焊剪切拉伸试验，对焊点单元与基材单元间的连接方式做重点探讨，针对共节点连接、MPC连接和节点耦合连接3种连接方式，分析其力学特性，并与试验结果进行比对，探讨点焊模型连接建立的方法优劣。剪切强度是车身连接的重要力学特征，因此研究结果对车身连接的研究具有应用参考价值。1点焊剪切拉伸试验1.1试件制备及试验条件参照标准ASTM ；D1002-01,设计剪切拉伸试验。试件的尺寸、形状如图1所示。焊点直径为5 ；m

8、m,两焊点间距50 ；mm；基材采用型号为GMW2299 ；M-ST-S ；780T/450YDP、厚度为1.7 ；mm的双相钢板，该钢板主要用于车身的门槛梁，拉伸速度设定为10 ；mm/min。1.2试验结果由于对试验结果不进行统计学分析，只作为仿真比对的参照，因此点焊剪切拉伸试