一種車(chē)型門(mén)檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接位置的強(qiáng)度分析

陳旭紅

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司 545007）

0 引言

當(dāng)汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車(chē)身結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)載荷分配不均衡和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不適應(yīng)載荷要求的情況，這將影響承載系統(tǒng)的總變形，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形不均衡的現(xiàn)象。構(gòu)件布置設(shè)計(jì)時(shí)，尤其要注意駕駛室與前部敞開(kāi)部分相連接區(qū)域剛度的加強(qiáng)，如縱梁到門(mén)檻的扭矩盒，前鉸鏈柱上端的前指梁。為避免大的力流集中由前縱梁通向駕駛室，結(jié)構(gòu)件的布置應(yīng)使通過(guò)前縱梁的力流分散地過(guò)渡到前圍板區(qū)域及地板與門(mén)檻。而在進(jìn)行整車(chē)可靠性道路試驗(yàn)中，車(chē)身會(huì)受到整車(chē)彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度影響。車(chē)身剛度一般會(huì)影響汽車(chē)目標(biāo)性能即NVH性能和車(chē)身結(jié)構(gòu)耐久性，車(chē)身結(jié)構(gòu)耐久性通常是衡量車(chē)身疲勞破壞的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 整車(chē)位置焊點(diǎn)開(kāi)裂區(qū)域

疲勞是由循環(huán)應(yīng)力引起的裂紋起始和緩慢擴(kuò)展而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部件損傷。材料在交變應(yīng)力或應(yīng)變作用下，也會(huì)由于裂紋擴(kuò)展而發(fā)生疲勞破壞。疲勞斷裂是金屬結(jié)構(gòu)失效的一種重要形式。本文主要討論門(mén)檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接位置處的結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題（圖1）。

1 某車(chē)型在設(shè)計(jì)階段路試過(guò)程問(wèn)題描述

在一種車(chē)型上市之前，為了驗(yàn)證其剛度、強(qiáng)度和NVH等性能問(wèn)題，需要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行多次路試驗(yàn)證。本文所陳述的是某車(chē)型進(jìn)行前期整車(chē)可靠性道路試驗(yàn)時(shí)，在路試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的故障問(wèn)題[1]。在進(jìn)行整車(chē)拆檢時(shí)，實(shí)車(chē)查看發(fā)現(xiàn)，在右A柱下端靠近地板處開(kāi)裂，裂紋約17 mm（圖2）。焊接缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響與缺陷的種類(lèi)、尺寸和位置有關(guān)系。通常片狀缺陷（如裂紋、未熔合，未焊透）比帶圓角的缺陷（如氣孔）影響大。如圖3所示，焊點(diǎn)整個(gè)圓周開(kāi)裂，且裂紋向外延伸30 mm。

2 焊點(diǎn)開(kāi)裂原因分析

圖2 路試車(chē)開(kāi)裂位置

圖3 路試車(chē)開(kāi)裂焊點(diǎn)長(zhǎng)度

表1 路試車(chē)焊點(diǎn)優(yōu)化前后應(yīng)力值對(duì)比

通過(guò)零件搭接結(jié)構(gòu)和焊點(diǎn)分布情況對(duì)整車(chē)模型進(jìn)行CAE分析。首先介紹開(kāi)裂零件：前側(cè)板T為0.8 mm，材料為BLD，材料屈服155 MPa；門(mén)檻內(nèi)板T為1.2 mm，材料為BLD，材料屈服155 MPa。分析結(jié)果如表1所示，某車(chē)型T1狀態(tài)即為目前的路試狀態(tài)，某車(chē)型T2狀態(tài)即為優(yōu)化后的應(yīng)力值。根據(jù)分析結(jié)果可知，左前側(cè)板的應(yīng)力值為129 MPa，接近屈服極限值155 MPa。右前側(cè)板的應(yīng)力值為198 MPa，高于屈服極限值155 MPa。在進(jìn)行扭轉(zhuǎn)工況下的車(chē)身強(qiáng)度分析時(shí)，此車(chē)型左右門(mén)檻內(nèi)板與前側(cè)板搭接處焊點(diǎn)應(yīng)力都較高，高應(yīng)力位置與開(kāi)裂焊點(diǎn)位置符合度較高。由焊點(diǎn)性質(zhì)及開(kāi)裂方式可知，該焊點(diǎn)為疲勞開(kāi)裂。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知，擁有良好的車(chē)身強(qiáng)度通常需要優(yōu)化車(chē)身結(jié)構(gòu)或者優(yōu)化焊點(diǎn)位置。某款商用車(chē)前期開(kāi)發(fā)時(shí)，發(fā)現(xiàn)前側(cè)板與門(mén)檻內(nèi)板搭接處也有開(kāi)裂問(wèn)題，采用增加焊點(diǎn)的方式，應(yīng)力由182 MPa降為147 MPa，153 MPa降低為104 MPa，降低了32%，且路試驗(yàn)證結(jié)果并未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象[2-3]。為防止應(yīng)力集中問(wèn)題，采用增加搭接焊接面焊點(diǎn)數(shù)量，分散應(yīng)力的方法。在左、右前側(cè)板與門(mén)檻內(nèi)板搭接位置圓弧位置處各增加1個(gè)二層焊點(diǎn)，數(shù)量共2個(gè)，具體位置如圖4所示。

4 方案驗(yàn)證

圖4 數(shù)模增加焊點(diǎn)的位置

通過(guò)零件搭接結(jié)構(gòu)和優(yōu)化后的焊點(diǎn)分布情況，對(duì)整車(chē)模型重新進(jìn)行CAE分析，并結(jié)合表1分析結(jié)果可知，應(yīng)力會(huì)相應(yīng)降低。右前側(cè)板應(yīng)力由198 MPa降為153 MPa，左前側(cè)板應(yīng)力由129 MPa降為91 MPa。如圖5所示，在前側(cè)板內(nèi)板與門(mén)檻內(nèi)板搭接拐角位置處增加2層焊，能夠降低開(kāi)裂處焊點(diǎn)應(yīng)力集中問(wèn)題。對(duì)優(yōu)化后的某車(chē)型重新進(jìn)行路試試驗(yàn)，驗(yàn)證是否還有開(kāi)裂問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)焊點(diǎn)優(yōu)化后的車(chē)身重新進(jìn)行可靠性路試驗(yàn)證，前側(cè)板與門(mén)檻內(nèi)板搭接處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)開(kāi)裂。所以，門(mén)檻內(nèi)板與前側(cè)板可以采用增加焊點(diǎn)的方式防止前側(cè)板開(kāi)裂[4-5]。影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的因素很多，由于在接頭部位容易產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力集中，在設(shè)計(jì)焊點(diǎn)分布和型面搭接時(shí)需要特別注意，避免搭接位置間隙大、T型搭接面等問(wèn)題。本文通過(guò)增加搭接位置處的焊點(diǎn)，成功的降低了應(yīng)力集中的問(wèn)題。

圖5 增加焊點(diǎn)后零件搭接位置應(yīng)力值