ABAQUS-种新焊点模型及在白车身弯扭刚度分析中的应用

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    在汽车车身有限元分析中，焊点的模拟是一个值得研究的基础课题。汽车车身焊点数量庞大，通常白车身有5000左右焊点，这就为焊点的模拟提出了两个方面的要求。一方面，需要保证单个焊点的模拟精度，如果单个焊点模拟误差较大，则5000左右的焊点会将分析误差进一步累积放大，从而导致白车身模拟分析结果的可信度会降低。另一方面，需要保证建模时有较高的效率，如果焊点建模效率低，要完成整个白车身焊点的建模将花费大量的时间和精力，导致前处理时间特别长，甚至会影响产品开发进度。

    ABAQUS是在汽车行业产品开发中广泛使用的有限元程序。目前，基于ABQAQUS的焊点模型主要有ACM和Fastener两种。ACM模型是在所焊接的面片单元（即模拟所焊接钣金的两层壳单元)之间建立一个六面体实体单元，实体单元的8个节点通过多点约束单元与面片单元的节点进行连接，从而实现焊接，这种模拟方式较少使用。Fastener焊点模型则是在面与面之间建立点对点连接来模拟焊点。首先在面片单元上建立结合点（fastenerpoint)，然后该连接点通过分布式稱合约束(distributingcouplingconstraint)与周围的单元节点相连，然后通过一个CONNECTOR单元或者BEAM单元模拟焊核，并将面片上的两个结合点连接起来，从而构建焊点。

    Fastener焊点模型的特点是焊核的两个节点都是通过分布式约束方程与面片的节点相连，与节点之间是一种约束的关系，相当于刚性单元直接将节点连接，从而导致模型的刚度较大，模型偏“硬”。为了解决模型偏硬的问题，研究了一种基于绑定接触关系的焊点模型，这种模型的焊核由梁单元模拟，通过定义梁单元的截面使其与实际焊核截面一致，梁单元的两个节点分别通过绑定约束与面片单元建立接触关系，实现两层面片之间焊接。然后将这两种焊点模型应用于白车身弯扭刚度分析，将仿真分析结果与试验结果进行对比，验证了新焊点模型的分析精度，为白车身弯扭刚度仿真分析中焊点模拟的方法提供参考。

    1 NTM焊点模型

    该焊点模型不同于目前行业内使用的ACM和Fastener焊点模型。采用的梁单元(B31单元)模拟焊核，在梁单元的两个节点建立基于节点的接触面，同时在所焊接的面片单元上建立基于单元的接触面，然后定义梁单元节点与面片单元之间的“点-面”接触关系为绑定约束（tieconstraint)，从而将两层面片单元焊接在一起。对于这种焊点模型，将其命名为“节点绑定”焊点模型（nodetiemodel)，简称NTM模型。图1是该焊点模型的构造示意图。