[发明专利]一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法

说明书

本发明公开了一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法，包括：建立包含多个焊点的初始焊接结构的有限元模型；在所述有限元模型中对所述初始焊接结构施加约束和载荷，得到各个焊点的受力情况；以所有焊点所受应力总和最小为优化目标，以各个焊点的贡献度值为设计变量，建立焊点排布的优化数学模型；根据各个焊点的贡献度值的大小确定对应焊点是否保留，得到优化后的焊点排布。本发明基于结构拓扑优化设计技术，使优化后各焊点受力分配均匀，在保证焊接结构动静态强度和刚度的条件下，有效减少焊点在承载过程中的失效，同时减少焊点的数目。

技术领域

本发明涉及一种汽车零部件加工领域，尤其涉及一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法。

背景技术

电阻点焊是压力焊的一种，在汽车生产中应用最广泛，如车身结构、座椅骨架结构等。在典型的车身结构中，通常含有3000～5000个焊点，焊点位置布置直接影响结构的静动态强度和刚度，而焊点的数量会影响结构的焊接工艺复杂性。因此，在满足结构整体静动态强度和刚度的条件下，对焊点位置进行合理的排布，尽可能减小焊点的数量和焊点在受载情况下的失效，对提高焊接结构的性能，减少制造成本，具有重要意义。

目前一般采用经验设计方法进行焊接结构的焊点排布设计，通过校核结构的刚度、疲劳等相关性能，进行修正，缺少合理有效的焊点排布设计方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法，能够使优化后的焊点排布形式中各焊点受力分配均匀，在保证焊接结构动静态强度和刚度的条件下，有效减少焊点在承载过程中的失效，同时减少焊点的数目，降低焊接成本。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种基于焊点受力均匀化的焊点排布优化方法，包括：

建立包含多个焊点的初始焊接结构的有限元模型；

在所述有限元模型中对所述初始焊接结构施加约束和载荷，得到各个焊点的受力情况；

以所有焊点所受应力总和最小为优化目标，以各个焊点的贡献度值x为设计变量，建立公式(1)所示的焊点排布的优化数学模型；

其中，n是焊点的数目；V为优化后焊点的体积；V₀为优化前焊点的体积；V*为体积分数；σ_i(x)是第i个焊点所受应力的大小；

根据各个焊点的贡献度值x的大小确定对应焊点是否保留，得到优化后的焊点排布。

本发明进一步的改进在于，建立的初始焊接结构的有限元模型以壳单元模拟待焊接的焊接件，以实体单元和杆单元的组合模拟焊点，并包含均匀分布的多个焊点。

本发明进一步的改进在于，建立包含多个焊点的初始焊接结构的有限元模型，包括：

以壳单元模拟初始焊接结构的待焊接的焊接件，所述壳单元包括一第一模拟板材和一第二模拟板材；

将所述第一模拟板材与所述第二模拟板材搭接，形成搭接区域；

以实体单元和杆单元的组合模拟焊点，在所述搭接区域内均匀分布多个焊点，用于焊接所述第一模拟板材和所述第二模拟板材，形成初始焊接结构；

建立模拟所述初始焊接结构的有限元模型。

本发明进一步的改进在于，在将所述第一模拟板材与所述第二模拟板材搭接，形成搭接区域时，通过于所述搭接区域的所述第一模拟板材或所述第二模拟板材上形成镂空区域，在所述镂空区域以外的所述搭接区域内均匀分布多个所述焊点，形成模拟汽车座椅椅背的初始焊接结构，建立模拟所述汽车座椅椅背的初始焊接结构的有限元模型。

本发明进一步的改进在于，所述镂空区域为平行的两条长方形区域，两条所述长方形区域以外的所述搭接区域内均匀分布19个所述焊点。