基于拓撲優(yōu)化的汽車車身焊點布置優(yōu)化研究.pdf

1、電阻點焊是車身制造中最主要的連接方式，通常一輛乘用車有數(shù)千個焊點遍布車身結構，在批量化生產(chǎn)中，每節(jié)省一個焊點，就可使總體成本大幅降低。焊點布置的合理與否不僅關系到整車的制造成本，更重要的是與車身結構的剛度、強度、模態(tài)頻率以及碰撞性等各項性能密切相關。以往在車身設計制造過程中，車身焊點布置在極大程度上依賴于工程師的個人經(jīng)驗，缺乏系統(tǒng)性的指導方案，為滿足性能需要往往人為增加焊點數(shù)量，致使車身部分區(qū)域存在多余焊點，增加了設計制造成本；另一方面

2、，基于經(jīng)驗的焊點布置可能導致車身部分區(qū)域焊點數(shù)量不足，從而不能充分發(fā)揮結構與材料性能，造成用料及成本增加。更為重要的是，焊點布置不合理還可能導致車身局部應力過大，甚至連接失效，影響整車安全性能。
　　鑒于此，本文基于車身多學科工況需求，將先進的結構拓撲優(yōu)化理論和方法應用于車身焊點布置優(yōu)化研究。對扭轉、門檻及座椅彎曲和尾部彎曲工況下車身結構進行靜剛度分析以及模態(tài)分析，形成了車身焊點布置拓撲優(yōu)化問題的權重耦合目標和約束條件的數(shù)學表述，

3、將焊點布置的離散型優(yōu)化設計問題轉化為焊點可能布置域中焊點材料分布的連續(xù)性優(yōu)化設計問題，并建立了車身焊點拓撲優(yōu)化有限元模型。創(chuàng)新性的針對車身焊點拓撲優(yōu)化結果提出了“焊點單元密度-間距插值法”，并對不同插值函數(shù)下的焊點優(yōu)化布置結果進行了分析對比，建立了滿足車身多學科性能和可焊性好的焊點拓撲優(yōu)化取舍規(guī)則。
　　本文的研究方法經(jīng)車身B柱驗證，在不降低結構性能約束的同時可減少焊點數(shù)量16.4%。本文開發(fā)的焊點拓撲優(yōu)化模型、方法、流程和策略均