1620李落星-铝合金车身结构件焊接仿真分析及工艺优化

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1、李落星湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南大学A、研究背景B、铝合金接头焊接工艺评定1实验名称2评定记录C、铝合金T型接头焊接仿真分析1T型角焊温度场实验方案设计2材料参数3热源校核4有限元网格模型5焊接仿真结果6仿真结果与实验验证D、焊接仿真案例1防撞梁焊接仿真计算2防撞梁焊接仿真计算结果3不同焊接顺序仿真结果对比4结论湖南大学A研究背景为何要减轻车身重量？我们都知道，车身轻量化是整车轻量化的核心目标之一，除了我们比较常见的在结构设计轻量化举措之外，在这其中最重要的便是车身材料的轻量化。从钢到铝，我们迈进了一大步，然而在此之后，事情似乎又出现了一些“倒退”。就像姑娘减肥一样，你永

2、远不知道她减到多少才满意，但总归越轻越好。对于一台汽车而言，在保证安全强度的情况下也同样是越轻越好，更轻的重量能够让其“负担”更小，车辆更容易“推动”，自然也就更加节油，而对于操控性而言，更轻的车身还能带来更加灵活的车身动态响应。几乎从各方面来说，轻量化都是优势。湖南大学A研究背景全铝车身：可替换材料的出现在全铝车身诞生之前，车企们一般会通过打孔等改变零件结构和用料量的方式，实现车身轻量化。但这种方式只能实现有限程度的轻量化优化，想要实现更进一步的车身轻量化，就势必要通过更换更轻的材料去实现。就像本田NSX的诞生一样，他们希望做一台能够叫板法拉利328的跑车，而要想做到极致，除了提高发动机，

3、车身轻量化这一项目便成为了研发重点，并且也正因为他们的执着，促成了世界上第一款全铝车身的量产车。湖南大学A研究背景在合适的地方用合适的材料当然对于车用铝合金的制造成本来说，现阶段它已经大大低于从前，按道理说继续发展下去，全铝车身的前景应该非常可观才对。然而，正是这种之前被奥迪等车企寄予厚望的车身形式，反而到现在被一步步“抛弃掉”，转向了更为全面平衡的钢铝混合车。湖南大学A研究背景为何全铝车身会“惨遭嫌弃”？这里就要说到全铝车身的一个问题：相比具备热成型钢（超高强度钢）加持的车身，全铝车身在刚性和保障乘员舱完整性方面不占优势，这主要因为铝合金的强度问题。而现在的全球安全体系的要求一年比一年严格

4、，全铝车身的安全强度问题就暴露的越来越明显了。当然，虽然强度不及热成型钢，但这不代表铝合金材料完全没有优势，比如在吸能方面，铝合金材料就要比热成型钢好很多，适合设计在具备比较充足缓冲区的车头部位。另外，铝合金板材用来代替传统冷轧钢板也可以实现不错的轻量化效果。而对于在碰撞事故中承担保持乘员生存空间作用的车身笼型结构而言，由于在A、B、C柱以及门槛梁等位置需要的强度非常高，因此使用热成型高强度钢材在如今看来则是更好的选择。得益于工艺的不断进步，这种材料的加工成本正在逐步变得平易近人，在做到更高强度的同时也可以兼顾轻量化的效果。湖南大学A研究背景既然热成型钢有这么大的优势，那为何车身结构不大量采

5、用热成型钢呢？首先，热成型钢的成本再低，也要高于一般钢材，从整车成本上来看并不划算；另外热成型钢有一个明显缺点就是韧性不足，换言之就是吸能效果不好，受到碰撞的时候“硬碰硬”。湖南大学A研究背景钢铝混合车身所以说，从轻量化角度来说，这种钢铝混合车身的诞生和普及算得上是一种“理性的回归”，它是一种在安全性、刚性、轻量化、成本之间博弈之后，平衡出来的解决方案。有些车型得益于此会变得更强更轻，而有些车型会因此平衡掉了之前的一些不足。湖南大学B铝合金接头焊接工艺评定1实验名称实验名称汇总表接头类型实验名称拉伸，冲击，焊接试板外观检查，渗透，X射线衍射，金相，熔深，弯曲，硬度对接3mm（BW3mm）共9

6、种拉伸，冲击，焊接试板外观检查，渗透，X射线探伤，金相，熔深，弯曲，硬度对接2mm（BW2mm）共9种角接3mm（FW3mm）焊接试板外观检查，渗透，X射线衍射，金相，熔深，硬度共6种角接2mm（FW2mm）焊接试板外观检查，渗透，X射线衍射，金相，熔深，硬度共6种搭接2mm（LW2mm）焊接试板外观检查，渗透，X射线衍射，金相，熔深，硬度共6种湖南大学B铝合金接头焊接工艺评定2评定记录Ø2.1施焊工艺参数记录焊接设备型号：肯比FASTMIGPulse450焊接方法：手工MIG焊母材牌号：5052H32焊丝牌号：ER5356保护气体：99.999%高纯Ar气体说明：通过大量的仿真模拟与实验探

7、究，最终确定针对每种接头类型的最优焊接工艺参数。如下表：电流电压焊接速度保护气体接头类型（A）（V）（cm/min）（L/min）3mm对接（BW3mm）100(±10)20.747.73172mm对接（BW2mm）50（±5）17.038.72173mm角接（FW3mm）130（±10）20.150.04172mm角接（FW2mm）75（±5）16.845.74172mm搭接（LW2mm）75（±5）17.