ANSYS二次開發(fā)在汽車覆蓋件焊裝偏差分析中的應用

1、ANSYS二次開發(fā)在汽車覆蓋件焊裝偏差分析中的應用ANSYS軟件將結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學融為一體，可廣泛應用于眾多的一般工程應用和科學研究領(lǐng)域，具有強大的有限元分析功能。但是由于問題的復雜性和特殊性，商業(yè)上通用的有限元軟件往往不能完全滿足用戶的使用要求，需要進行有關(guān)的二次開發(fā)。ANSYS軟件具有良好的開放性，為用戶進行二次開發(fā)提供了多種實用工具，如宏(Macro)、參數(shù)設(shè)計語言(APDL)、用戶界面設(shè)計語言(UIDL)及用戶編程特性(UPFs)。汽車車身是由數(shù)千個焊點將數(shù)百個薄板沖壓零件焊接在一起得到的。電阻點焊是車身裝配最主要的工藝手段，其焊接裝配過程是決定車身制造精度的關(guān)鍵心。鑒于汽車

2、覆蓋件沖壓制造偏差和薄板零件大柔性特點等因素，在焊裝夾具上的定位由傳統(tǒng)的“321”定位方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤癗一21”定位方式，這種定位方式既能約束薄板的變形卻又影響了薄板內(nèi)部的應力狀態(tài)，增大了焊裝變形偏差分析的難度。本文進行汽車覆蓋件焊裝偏差研究，以數(shù)據(jù)文件為接口，在ANSYS中調(diào)用C+可執(zhí)行程序，解決了針對汽車覆蓋件施加初始應力的問題，實現(xiàn)ANSYS的二次開發(fā)，形成用ANSYS來分析焊接變形的功能。1 汽車覆蓋件焊裝偏差分析汽車覆蓋件焊裝過程可以分為4個步驟(圖1)： 圖1 汽車覆蓋件焊接過程(1)零件定位：將覆蓋件放置在焊接夾具上，兩零件相對于名義位置都難免存在偏差而出現(xiàn)初始間隙(1+2);(2)

3、夾具夾緊：開啟氣動夾頭將覆蓋件夾緊到名義位置，消除初始間隙;(3)點焊焊接：用焊槍焊接覆蓋件;(4)夾具釋放：松開夾頭釋放夾緊力，覆蓋件產(chǎn)生回彈變形。對于汽車覆蓋件焊裝變形偏差的分析，可將沖壓件實際的位移偏差以等效應力的形式賦予在組焊件理想模型之上，利用節(jié)點耦合來等效焊點的作用，這樣可以避免復雜、繁重的反求工作。將兩個沖壓零件A、B的數(shù)據(jù)模型裝配成組焊件，此時兩個零件都處于名義焊接位置。考慮兩個零件在變形過程中可能發(fā)生干涉而建立接觸單元。通過非線性計算得到兩零件的應力數(shù)據(jù)文件，需要調(diào)用C+程序?qū)蓚€應力文件進行合并。將焊點處的兩個零件節(jié)點進行6個自由度的耦合，用來等效焊點的連接作用。設(shè)實際兩沖

4、壓件A、B在各個夾緊點處與名義位置的偏差分別為 (i，j，=1，2，3，)。模擬汽車覆蓋件焊接裝配的4個步驟，具體實施流程如圖2所示。 2 基于數(shù)據(jù)文件的ANSYS二次開發(fā)2.1 程序?qū)崿F(xiàn)功能如圖2中所述，對汽車覆蓋件的焊接偏差分析，一共需要進行3次非線性計算。通過ANSYS命令iswrite打開初應力文件生成開關(guān)，得到的應力文件包含了模型全部單元的應力數(shù)據(jù)。結(jié)合具體問題，需要提取出filel.ist中A件的應力數(shù)據(jù)和file2.ist中B件的應力數(shù)據(jù)。前兩次求解后的ANSYS應力文件格式如圖3所示。 圖2 汽車覆蓋件焊裝變形分析流程 圖3 應力文件格式針對應力數(shù)據(jù)文件的格式特點，運用C+編程

5、語言進行字符操作，將兩個應力文件filel.ist和file2.ist中的有效數(shù)據(jù)合并為file3.ist。所編寫的C+可執(zhí)行程序ff. exe主要代碼如下： 合并后的應力文件file3.ist如圖4所示：用命令isfile完成初始應力的施加。 圖4 合并后的應力文件2.2 在ANSYS中調(diào)用可執(zhí)行程序在ANSYS環(huán)境巾驅(qū)動外部可執(zhí)行程序主要由命令/SYS和/SYP完成。/SYS命夸崩于執(zhí)行不帶任何毒數(shù)的其他應用程序，調(diào)用結(jié)束后返回到ANSYS環(huán)境中。/SYP命令用于執(zhí)行攝多具有8個參數(shù)的其他應用程序，調(diào)用結(jié)求后也是逅同到ANSYS環(huán)境中。 3 應用實例以某轎車圍裙板組焊件并聯(lián)焊接裝配為例，圖

6、5為圍裙板的零件酬。其中阿板的材料為DC05，彈性模量為200 GPa.泊松比為0 3，長寬1 570mmx375mm，厚度0 7 mm(圖5a);內(nèi)板的材料為H220YD+Z，彈性模量為200 GPa，泊松比為0 3，長寬1 455mm x 170mm.厚度0 8 mm(圖5b)。 圖5 圍裙板零件圖用CAD軟件建立圍裙板兩個零件的模型。組焊件焊點的分布情況如圖5a所示。 (i=1.2，3，.，8)， (j=1，2，3)分別表示面板、內(nèi)板上的夾緊點，其位置分布如圖5所示。 (i=1，2，3，.，8)、 (j=1，2，3)分別表示夾緊點處與名義位置的偏差，其值如表1所示。采用APDL(ANSY

7、S Parametric Design Ianguage)命令流方式執(zhí)行有限元分析。 圖6為模擬結(jié)果的節(jié)點合位移圖(單位mm)。圖7給出了圍裙板面板與內(nèi)板在AA截面(剖面位置及坐標見圖8)焊裝后位移計算值折線圖。分析可知：面板的變形較之內(nèi)板更為掛著，這顯出于面板的剛性較之內(nèi)板較小;圍裙板的變形量從其幾何中心到邊緣呈逐漸增大趨勢，最大變形山現(xiàn)在面板長度方向的最遠端。 圖6 合位移場 圖7 模擬值折線圖 圖8 剖面位置及坐標表1 夾緊點偏差值 4 結(jié)語(1)本文分析了汽車覆蓋件點焊裝配過程，運用了以等效應力反映零件偏差，用耦合節(jié)點反映焊點來模擬焊裝過程變形的有限元分析的一種簡化方法，并給出了用該方法分析汽車覆蓋件點焊裝配變形偏差的實施流程，得到了汽車覆蓋件焊裝偏差