轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战

2009年中国以300多万辆的优势,首次超越美国,成为世界汽车产销第一大国,比预计提前了5～6年。中国车市的优异表现,不仅有效拉动了中国本土汽车产业链的发展,也为经济危机条件下世界汽车工业做出巨大的贡献。然而,全球产销第一带来的不仅仅是欣喜,更多的则是压力。中国汽车工业在技术水平、创新能力、品牌影响力以及国际竞争力等方面与世界汽车强国还有明显的差距。与此同时,汽车工业也成为我国能源安全、低碳经济和城市环境的巨大负担,使其发展受到限制,转型迫在眉睫。汽车轻量化作为降低原油消耗和尾气排放的重要手段,已经得到世界各国的高度重视,成为世界汽车强国提高品牌竞争力的重要手段。对全球汽车车身轻量化的方法和发展趋势进行综述,分析车身轻量化技术的发展对焊接与连接的挑战,并对新型的车身连接技术进行分析和评价,以对我国轻量化车身的设计与制造提供有益借鉴。

基于正面力传递路径的轿车车身结构耐撞性

为了提高整车安全性,研究了某轿车车身结构耐撞性。分析了整车正面碰撞过程中碰撞力传递路径,利用HyperWorks软件,建立整车有限元模型,对车身结构关键零件(前纵梁、保险杠横梁和冲撞盒)进行改进设计。利用LS-DYNA软件,根据中国新车评价规程(CNCAP)碰撞安全法规,进行了100%刚性壁(RGB)正面碰撞和40%偏置可变形壁障(ODB)偏置碰撞的数值仿真。结果表明:车身结构改进后,两种碰撞的前围板侵入量明显降低;两侧B柱加速度均减少;碰撞吸能增加(对100%RGB,增加9.8kJ;对40%ODB,增加3.3kJ)。

面向车身前部结构轻量化的试验设计方法研究

针对车身结构耐撞性能响应具有强非线性的特点,以某车身前部结构轻量化为例,在利用支持向量回归建立近似模型阶段,分析比较了3种常用的试验设计方法对模型精度的影响。结果表明,将均匀设计与支持向量回归相结合最适合耐撞性能近似模型的构造。基于所得最优近似模型进行车身前部结构的优化设计,在保证耐撞性能的前提下,达到减重2.61kg、实现6.51%轻量化的效果。

氢能汽车氢瓶框架的耐撞性设计

氢瓶碰撞安全问题是影响氢能源轿车耐撞性的一个重要因素。该文对于一款氢能源轿车的100%正面碰撞以及追尾碰撞进行了仿真,分析了氢瓶在碰撞中的冲击状态以及框架在冲击载荷条件下的挤压变形情况。通过载荷的静力等效,用有限元方法,在保证承载结构抗弯刚度的基础上,采用铝合金材料,并对框架进行结构优化设计。最后在整车碰撞中对改进的框架结构进行仿真验证。仿真结果显示:新的框架结构不仅提升了氢瓶的各安全评价指标,提高了整车的耐撞性,而且框架整体质量降低了27%,实现了框架的轻量化。

基于模式识别的车身在线检测尺寸偏差诊断

车身在线检测的应用成为越来越普遍的趋势,同时也带来了如何有效应用在线检测的100%测量数据的问题。传统的尺寸偏差诊断方法的数据存在依赖工程经验进行诊断报警,费时费力且准确度低的缺点;提出了用时间序列模式识别和主成分分析(PCA)相结合的方法来进行白车身尺寸偏差诊断,实现误差源模式识别和自动报警诊断,并开发相应工具软件在轿车车身实际生产中得到成功验证。

基于时间序列的汽车发动机冷测试排气压力预测

发动机冷测试技术作为一种新型发动机在线检测方式,由于其测试时间短,使用成本低,排放污染物少,环保等特点,迅速被各大汽车厂商引入发动机的装配生产中。冷测试是一种对发动机装配质量进行综合检测的技术,它由外界动力拖动飞轮进行旋转,在发动机不点火的情况下,通过冷测试试验设备上安装的各种传感器采集相关信号,

基于分段Hausdorff距离的车身前脸匹配优化

为提高发动机罩、前大灯、保险杠、翼子板等匹配的间隙均匀度,提出了基于分段Haus-dorff距离的匹配优化方法.该方法以3个匹配件轮廓边界线的分段Hausdorff距离加权和作为优化目标函数,采用遗传算法全局搜索最优匹配位置,并结合两款车型前脸不同区域的匹配优化实例进行验证.结果表明,所提出的方法能够显著提高匹配质量与调整效率.

基于本体的车身设计知识库的构建方法研究

在研究本体、知识库相关理论,分析车身设计领域知识形态结构的基础上,建立了车身设计知识本体,并将本体论引入到车身设计知识的管理系统中,提出了构建基于本体的可重构的车身设计知识库,并在理论上提出了该系统的框架结构。

模钉体积比对异种金属自冲铆接接头成形性能影响分析

研究了自冲铆接中模钉体积比对铝-钢以及钢-铝铆接接头的影响。试验结果表明,当模钉体积比大于1时,铝-钢与钢-铝铆接接头都具有较大的底切量;同时,对于钢-铝铆接接头而言,较大的模钉体积比有利于减小铆钉内侧与上层钢板之间的接头空隙,保证接头的紧密性。

铝合金7075-T651动态流变应力特征及本构模型

为了研究铝合金7075-T651的流变应力变化特征，在高温分离式霍普金森压杆装置上对圆柱试样进行了温度范围25-400℃及应变率范围600-12000S1的动态压缩试验。结果表明：铝合金7075-T651的流变应力对应变率不敏感，对温度有较强的敏感性。总体上，流变应力随温度的升高而减小，但在350-400℃时流变应力差别很小。在高应变速率时，当应变超过一定水平时，应力出现急剧减小，材料发生失效。通过变形后试样的微观组织观察可以发现，应变速率较高时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。在实验数据基础上，建立了一个基于物理概念的铝合金7075．T651本构模型预测其流变应力，与实验对比表明，所建立的本构模型在较宽的温度和应变速率范围内能够很好地预测铝合金7075．T651的流变应力。

基于正交试验的铝合金——高强钢异种金属自冲铆接工艺优化

以铝合金AA6061-T6和双相钢DP590为研究对象,通过正交试验方法研究了铆钉长度、凹模中部直径和凹模凸台高度对铝合金-高强钢自冲铆接接头成形规律、接头几何特征量、拉剪强度以及失效模式的影响规律,分析了影响自冲铆接接头强度的关键因素以及在2mm AA6061-T6+1.2mm DP590组合下的最优工艺参数组合,可为自冲铆接工艺优化提供有益的借鉴。

盾构机主轴回转支承轴承刚度及变形特性研究

基于赫兹接触算法和轴承载荷等效模型,建立含三排圆柱滚子的回转支承有限元分析模型。采用显式算法,分析在径向载荷与倾覆弯矩载荷以及轴向载荷与倾覆弯矩载荷耦合作用下的轴承刚度和周向变形特性,并对轴承在突变载荷下的动刚度特性进行了讨论。结果表明,考虑接触的非线性,轴承的径向刚度随着载荷的增大而非线性增大,轴向刚度随载荷的增大而非线性减小。在轴向载荷与倾覆弯矩耦合作用下,轴向刚度对倾覆刚度影响不明显;刚度动态特性与载荷作用的时间相关;在倾覆载荷作用下,轴承沿周向在各个滚柱支承位置应力和变形分布不能用简单的余弦函数来描述。研究结果对盾构机在复杂地质条件下掘进时冗余驱动各电机的位置设计及同步性控制具有指导意义。

直缝焊管液压成形极限理论预测模型

直缝焊管广泛应用于汽车车身管状零件液压成形中,焊接区影响着焊管塑性变形规律,准确评价焊管缩颈或破裂现象是工程上倍受关注的问题。基于金相分析法和显微硬度测量法分析高频感应焊管的结构特征,并根据液压成形条件下高频感应焊管的变形特点,提出一种用于计算直缝焊管液压成形极限的理论方法。基于该方法,选用Swift硬化方程和Hill屈服准则推导出直缝焊管液压成形极限理论预测模型,在已知焊管(包含焊接区和基体区)材料性能参数条件下可获得直缝焊管液压成形极限图。运用此理论预测模型,计算出QSTE340高频感应焊管的液压成形极限图。成形极限的计算结果与试验对比表明,二者吻合较好,这证明所建立的直缝焊管液压成形极限的理论预测模型是正确的。

重型锻造操作机的操作性能分析

锻造操作机与压机的协调作业可以实现大型锻件的加工制造,提高锻造系统的制造能力和材料利用率,降低系统的能耗。操作机的操作性能是锻造工艺轨迹的设计基础,也是操作机主运动机构的优化目标。根据锻造操作机的操作特点,归纳操作机的主要操作性能:运动灵巧性、动态灵巧性、力承载性能和末端刚度性能,并借鉴机器人学的运动可操作性、力可操作性和动态可操作性的研究成果引入相应的评价指标。通过对锻造工艺的分析和与传统工业机器人的对比,总结操作机的两大特殊的性能要求:对力承载性能的方向性要求和末端刚度性能的方向性要求,提出有效操作力指数和刚度方向指数。应用旋量理论计算操作机的雅可比矩阵,建立其动力学模型,对两种锻造操作机的各项性能做了全面对比,为操作机的设计与优化提供参考依据。

双相钢胶焊与电阻点焊接头性能对比分析

从接头的拉剪力、熔核的微观组织、动态电阻曲线和焊接性范围4个方面,对比分析双相钢透胶胶焊和电阻点焊的接头性能.结果表明,胶焊熔核开始形成时间提前于点焊,使得在小电流情况下胶焊的焊点拉剪力要普遍高于点焊;胶焊在中等电流情况下便会产生严重飞溅,使得在大电流情况下点焊焊点拉剪力要更高些.因此,在制定胶焊的焊接工艺参数时应选择比电阻点焊偏低的焊接电流,而适度增加焊接过程的电极力有利于抑制飞溅产生.

差强差厚三层板电阻点焊熔核尺寸的控制方法

针对差强差厚三层板电阻点焊过程熔核形成规律展开研究,提出采用不对称电极帽匹配方法改善点焊熔核尺寸及可焊性窗口宽度.基于建立的有限元模型,分析了两种电极帽匹配下薄板侧熔核形成过程中的电流密度、温度场及熔核尺寸的变化规律.通过试验对比分析了不同焊接时刻的薄板侧熔核尺寸,并建立了两种电极帽匹配下的差强差厚三层板点焊可焊性工艺窗口.结果表明,该方法能有效解决差强差厚三层板点焊过程中的熔核偏移及薄板侧熔核尺寸偏小的问题,提高电阻点焊过程的鲁棒性.

基于Taguchi的柔性薄板装配夹具稳健设计

结合Taguchi稳健设计方法和柔性薄板零件装配偏差建模,提出了一种柔性薄板装配夹具稳健设计方法.通过对柔性薄板零件装配过程的分析,建立了反映装配质量与零件制造偏差、夹具定位偏差和夹具定位方案关系的装配偏差模型.利用Taguchi方法进行夹具定位的稳健设计时,以夹具定位位置为设计参数,各零件制造偏差和夹具定位偏差为噪声参数,结合柔性薄板装配偏差建模方法提出了柔性薄板夹具稳健设计的信噪比计算方法,通过安排正交试验的内外表,分析各夹具定位方案下装配质量对各偏差源的稳健性,确定稳健的夹具方案.该方法通过一个简单柔性薄板装配得到了验证.

高速列车司机室复杂曲面制造质量评价

为了准确评估高速列车司机室复杂曲面的制造质量,从尺寸精度、表面轮廓和表面光顺性3个方面对其曲面进行评价.在利用分割逼近法计算尺寸精度、使用高斯曲率与反射线分析光顺性的基础上,提出利用变形一致度与相似度反映曲面轮廓的变形规律及微观几何特征的分析方法,采用模糊数学方法对光顺性的主观评价结果进行量化,运用加权逼近理想解排序方法对评价指标进行综合分析,获得曲面制造质量的综合评价模型,并用于实际高速列车司机室曲面的制造质量评价.结果表明,该方法和模型能够有效地量化司机室实际曲面的制造质量,为其验收及后期诊断和控制提供必要的基础数据.

永磁体作用下电阻点焊熔核中的电磁场分布规律

采用数值模拟方法研究了外加永磁体磁场作用下,电阻点焊熔核内的外部磁场、感应磁场及复合磁场强度及其磁场力的分布规律,并对熔化金属的流体流动模式进行了定性分析.结果表明,在外加磁场作用下,点焊熔核内的复合磁场分布以感应磁场为主导,从熔核中心至边缘逐渐增强,其径向磁感应强度分量随着永磁体工作距离增加而逐渐减小.熔核内同时存在由感应磁场生成的位于电极轴对称平面内的磁场力,以及由外加磁场引起的垂直于该平面的磁场力.在该正交磁场力的作用下,熔核内的熔化金属在电极轴对称平面及垂直于该平面的圆周方向同时进行高速流动,并呈现出沿熔核直径方向向外冲击的趋势.

铝合金板在循环塑性变形下的韧性断裂行为模拟(英文)

基于数值模拟的方法研究在循环塑性变形下铝合金板的力学行为。首先,通过Cockcroft-Latham韧性断裂准则得到材料的断裂极限应力图,并通过实验对成形极限应力图进行验证。数值模拟结果表明:滚边时弯曲中心的应变路径可以认为是平面应变状态;采用绳式滚边方法可以改善在弯曲中心线上的应力集中现象。从滚边断口的扫描电镜照片可以发现,循环塑性变形对铝合金板的韧性断裂行为有影响。