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焊接过程中车身产品的静力学研究
摘要：白车身作为整车的重要组成部分之一，应避免任何可能导致其发生变形的情况。其中，夹具结构设计过程中，要对车身进行静力学分析，保证夹具夹紧时，在符合变形要求的情况下保持很高的装配精度。文章中对车身产品进行静力学的分析主要通过虚拟分析软件来完成，旨在为夹具设计的合理性提供数据保证，确保产品在太力作用下保持合理的变形量。
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本文以汽车地板自动补焊过程中夹具对后纵梁的影响来做静力学分析。由于地板补焊工位夹具的设计主要采用勾销气缸对产品进行夹紧，因此勾销气缸夹紧力的大小与产品的变形有很大关系，所以在静力学分析时着重对由勾销缸引起产品变形的部位进行重点分析。图1为地板自动补焊工位夹具的3D结构图。
1、模型的建立与导入
分析对象必须建立准确模型，下部车身的结构非常复杂，是由一系列小件焊接在一起形成整个下部车身，因此在建模过程中需要对产品进行简化处理[1]。模型简化过后，利用三维数字化设计软件进行三维建模，图2所示为地板后纵梁数据模型，图中圆圈所示位置为勾销缸定位孔的位置。
图1 地板补焊工位夹具；图2 后纵梁及其定位孔位置
2、指定材料及网格划分
（1）材料属性的指定：本次生产所有车型车身使用材料均为钢板，根据数据模型特征，在工程数据（EngineeringData）工具栏中设定夹具夹紧部件的材料属性为Steel。
（2）网格划分：网格划分是一个非常重要的环节，网格质量是决定求解的重要因素，质量越好，则计算精度越高，而且可以节约计算用时[2]。同时也要根据结构尺寸选择合适的网格单元类型，这样可以提高有限元模型的网格精度，获得更加精确的分析结果。因此，选用PSHELL面单元简化产品数模，然后再选用Hypermesh14.0前处理软件对车身产品进行网格划分。从划分结果得到：整个模型共包含6148个节点，5984个单元，5385个Quad4单元，网格大小设置为10mm。网格划分结果如图3所示。
图3 前置处理模型
3、施加边界条件与载荷
分别将左后纵梁后段分总成与左后纵梁前段分总成进行固定，即创建边界的约束条件，即可约束产品的6个自由度，如图3所示，两端红色线条区域为固定部位，绿色线条区域即施加载荷位置，载荷大小为勾销气缸的夹紧力800N。
4、分析计算与结果分析
利用Abaqus6.14对产品进行静力学分析，可以得到产品的应力、应变以及变形情况。图4为产品应力分布情况图，图5为产品变形情况分布图。
图4 产品应力情况分布；图5 产品变形情况分布
由产品应力情况分布图（图4）可知，定位孔处的应力为+4.077e+01MPa，即产品上承受的应力大小约为40MPa，车身产品的材料为钢板，钢板的屈服极限为235MPa，产品所承受的应力远小于屈服极限值，因此产品所受应力符合要求，不会对产品产生影响。
由产品变形情况分布图可知，定位孔附近的变形量为+1.407e-01mm，即约0.1mm左右，0.1mm的变形量是满足车身变形要求的，整个车身的精度则为0.1mm。
通过对产品的静力学分析可知，应力和变形都在允许的范围内，所以认为夹具设计合理。
5、结语
本文研究汽车白车身在焊接过程中由于受到焊接夹具的影响产生的变形情况。通过应用CATIA软件进行建模，应用Hypermesh软件进行网格划分，以及采用Abaqus软件进行分析计算，完成了对地板后纵梁在焊接过程中的静力学分析。由分析结果可知，针对地板自动补焊夹具的设计在保证产品变形量方面是合理的。
参考文献：
[1]张宏伟.客车车身结构有限元分析[D].大连:大连理工大学,2005.
[2]颜书毅.覆盖件焊装变形数值模拟[D].成都:西华大学,2009.
赵晶,徐连香,齐云雷,等.车身产品在焊接过程中的静力学分析[J].机电信息,2019,(24):145,147.
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气动伺服弹性是一门涉及空气动力学、结构动力学和控制理论的交叉学科，目前在航空领域与该学科有密切关联的研究为颤振主动抑制和阵风减缓[1,2]。而随着现代大型民机的柔性不断增加，导致阵风载荷的危害剧增，使得阵风载荷的主动抑制研究成为一种新的趋势[2]。
2020-08-10
随着经济全球一体化的深入发展,高等教育国际化已成为一种必然趋势。为应对新时代对工科人才培养提出的高要求,国家适时提出了新工科建设,并在高校开展了工程教育专业认证工作。在新时代的背景下,作为传统的工科专业课程,理论力学在课程教学中也需要紧跟时代节奏,更新与改革迫切。
2020-08-10
新工科是为适应人工智能、全智能时代，响应国家《中国制造2025》等战略需求，培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才，高等工程教育承担的职责与使命。“新工科”这一概念自2016年提出以来，在不到一年的时间里，教育部组织高校进行深入研讨，形成了“复旦共识”和“天大行动”[1]等，由此可以看出国家对新工科发展的全局考量。
2020-08-10
“理论力学”课程是高等工科学校的技术基础课，是连接基础理论课与工程专业课的桥梁。课程的任务是使学生掌握质点系和刚体机械运动(包括平衡)的基本规律及其研究方法，为学习有关的后续课程打好必要的基础，初步学会应用理论力学的理论和方法分析解决一些简单的工程实际问题，同时结合课程的特点，培养学生的辩证唯物主义世界观，以及分析问题和解决问题的能力。
2020-08-10
理论力学、材料力学课程是军队院校相关专业本科学员必修的专业技术基础课程，是连接基础知识和武器装备专业知识的桥梁。其具有双重属性，既有基础性的特点，理论经典、逻辑严谨、论证严密，又有应用性的广泛，能紧密联系实际，解决工程实际问题。正是由于课程的理论经典，且具有通用性，大部分教材列举的实例均是通用型例子。
2020-08-10
理论力学是一门理论性较强的专业技术基础课。它是研究力学中最普遍、最基本的规律，是后续力学课程的重要基础[1]。受力分析是理论力学教学中极其重要的教学内容，是学好其它力学课程的根基。倘若这部分内容掌握不好，就不利于后续理论力学内容和其它力学课程的顺利学习。
2020-08-10
理论力学是一门理论性较强的专业技术基础课。它是研究力学中最普遍、最基本的规律，是后续力学课程的重要基础[1]。受力分析是理论力学教学中极其重要的教学内容，是学好其它力学课程的根基。倘若这部分内容掌握不好，就不利于后续理论力学内容和其它力学课程的顺利学习。受力分析在中学和大学物理课程中已经学习过，学生有些基础。
2020-07-08
大气动力学是气象学的一个分支，是应用物理学定律和数学方法研究天气和气候中与大气运动有关的现象，从理论上探讨大气环流、天气系统演变和其它大气运动过程的学科。该课程是本科阶段大气动力学（动力气象学）课程的后续课程，侧重于基础理论扩展和对更复杂的强迫耗散系统及非线性系统问题的讨论。
2020-06-04
前人研究已揭示了封闭体系适用于Ⅲ型烃源岩，而Ⅰ、Ⅱ型烃源岩生烃特征研究时采用开放体系更为合理[2]。开放体系下生烃动力学研究方法是一种描述烃源岩生烃特征的有效方法，根据开放体系下烃源岩的生烃模拟试验结果，可获得动力学参数（活化能和指前因子），这两个参数可反映出烃源岩生烃的难易程度[3]。
2020-06-01
土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,尤其是经历了近代工业技术革命的洗礼后,其便逐渐形成了一个比较完善的现代工程建设体系。随着土木工程项目的日益增多,生活中的建筑施工、道路工程、高铁项目等都可将其看作土木工程的内容。在这一过程中,土木工程施工的内容也日益丰富,项目工程的前期勘测、施工准备、技术选择、质量把控等都成为其实现的重要环节。
2020-05-29
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期刊名称：力学学报
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院力学研究所
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：0459-1879
国内刊号：11-2062/O3
邮发代号： 2-814
创刊时间：1957年
发行周期：双月刊
期刊开本：大16开
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2020-02-05
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