汽车仿真中高精度焊点建模流程

车身焊点（ 4000-6000个）是汽车车身结构的重要组成部分，其类型和质量直接影响整车的结构强度、安全性、耐久性以及制造工艺。根据不同的焊接技术、焊接位置和功能需求，焊点可以分为多种类型，每种类型在车身中的作用和重要性各不相同。

一、焊点类型

1、点焊：点焊是车身焊接中最常用的工艺，通过电阻加热使金属熔化形成焊点，广泛应用于车身薄板件的连接，如车门、发动机盖、行李箱盖等。其特点是焊接质量高、生产效率高、易于自动化控制，但需注意焊接参数的优化以避免虚焊、裂纹等缺陷。

2、激光焊：激光焊接利用激光束作为热源，适用于薄板件的焊接，如车顶和侧围等部位。其优点是焊接速度快、热影响区小，能够提高焊接质量并减少焊接变形。

3、电阻焊：包括电阻点焊、凸焊等，主要用于车身结构件的连接，如车门、车顶、地板和悬架等部位。电阻焊具有操作简单、成本低的特点，但需要严格控制焊接参数以避免焊接缺陷。

4、电弧焊：适用于厚板件的焊接，如车架和悬挂系统，常用气体保护焊（如GMAW）和手工电弧焊（如SMAW）。

5、搅拌摩擦焊：适用于铝合金车身焊接，通过旋转工具摩擦产生热量，形成无气孔焊缝，提高结构完整性。

二、焊点重要性

1、关键焊点：关键焊点是指在车身中起到承载和连接作用的焊点，承受整车动态或静态工况中的各种应力，如拉应力、剪应力和扭转应力。这些焊点对车身的安全性、性能和可靠性至关重要，常见于前纵梁、后纵梁、门槛梁等骨架结构部件上。

2、一般焊点：一般焊点主要用于车身尺寸固定和结构连接，对安全性和性能的影响相对较小，但其分布和质量也需保证以确保整体结构的稳定性。

3、工艺焊点：工艺焊点主要用于保证制造过程的可行性，强度要求较低，通常用于焊接过程中的辅助连接

三、焊点对车身性能的影响

1、刚度和强度：焊点的分布和质量直接影响车身的刚度和强度，焊点不足会导致车身结构的耐撞性和碰撞安全性下降。

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2、NVH性能：焊点的布置还会影响车身的噪声、振动和粗糙度（NVH）性能，焊点过多或过少都会对车内舒适性产生不利影响。

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3、疲劳寿命：焊点的疲劳性能是影响车身长期使用性能的重要因素，焊点质量不良会导致疲劳失效，进而影响整车寿命。

四、常见缺陷

焊点缺陷包括虚焊、裂纹、烧穿、压痕过深、焊接扭曲、气孔、位置偏差等。

五、高精度焊点建模流程

焊点在机械及汽车连接中非常重要，准确模拟非常关键。将焊点当成一种金属材料，需要设置密度RHO、弹性模量E、泊松比PR，也可设置失效参数，如屈服应力SIGY、塑性硬化模量EH、质量缩放时间步长等，如图7-12所示；同时还可以设置焊点失效时的轴力NRR、合力NRS和NRT等。一般需要使用相对应的*CONTACT_SPOTWELD，即将焊点与零件绑定在一起。在创建时若选择MATL100时，为梁焊点模型，其对应的属性为*SECTION_BEAM_TYPE9；而MATL100（HEXA）为六面体焊点模型，如图7-13所示。  

钣金焊点失效精确模型建模流程：  

钣金之间的焊点失效模式主要有拉脱失效和焊核失效两种模式，其中拉脱失效指焊点热影响区材料沿焊核周围整圈撕裂而焊核保持完整；而焊核失效指焊核结合面分离而母材及热影响区材料未撕裂。在实际建模中若只是创建简单的六面体或梁焊点模型大部分情形下可以满足要求，但是在关键受力区域或需要重点关注的位置，需要精细考虑焊点的失效模型，此时简单的六面体或梁焊点不能满足精度要求，需要将六面体焊点进行转换，同时需要考虑焊核、热影响区及母材等区域的网格。其建模采用ANSA软件可以快速的创建带有热影响区的焊点，具体流程如下所示：  

（1）首先在ANSA中打开带有六面体焊点的零件和焊点，一般关键区域的网格需要细化，如模型整体尺寸为8mm，关键区域采用3-4mm，本例模型在OS中创建，焊点直径为6mm，细化网格采用3mm，如图7-14所示。  

（2）第二步提取焊点的几何信息，采用Convert转换工具，点击FE to Cnctn Pts下面的Module ID并选择六面体焊点点击中键即生成焊核几何信息，如图7-15所示。  

（2）点击connection manager，选择所要转换的或全部的焊点几何，并点击中键后出现焊点信息列表，在焊点信息上点击右键，选择Connectivity下的Auto-Connect，然后点击SOLID点击OK，最后在右侧栏的FE Rep Type中选择如图7-16所示的参数，最后点击Realize即可将六面体焊点转换成带热影响区的焊点信息，图中的参数可根据需要进行适当调整。  

在图7-16(e)中最终创建的焊点信息自动分组包括焊核（四个六面体单元）、热影响区HAZ（Heat Affected Zone）和母材，通常母材网格尺寸为3mm，焊核直径为6mm，热影响区尺寸为1.5mm，此时可以直接定义HAZ的材料曲线。在实际工程中焊核一般不会发生撕裂，主要以热影响区失效为主；普通钢的热影响区域材料硬化会有1.05-1.2倍提升，失效曲线有0.5-0.9倍的弱化，热成型钢的热影响区材料硬化会有0.7倍的弱化。材料硬化曲线可基于母材材料曲线整体缩放调整，粗糙点可与母材相同，建议根据点焊测试区域结果进行设置。  

失效模型采用GISSMO模型，具体的各参数见本章后续内容。更多精彩内容请参阅《超单元法应用实践》一书，涉及静力、动力、NVH、碰撞安全等全领域应用技巧。

参考文献：超单元法应用实践，清华大学出版社，2025.3