ANSYS二次开发在汽车覆盖件焊装偏差分析中的应用

ANSYS二次开发在汽车覆盖件焊装偏差分析中的应用ANSYS软件将结构、热、流体、电磁、声学融为一体，可广泛应用于众多的一般工程应用和科学研究领域，具有强大的有限元分析功能。但是由于问题的复杂性和特殊性，商业上通用的有限元软件往往不能完全满足用户的使用要求，需要进行有关的二次开发。ANSYS软件具有良好的开放性，为用户进行二次开发提供了多种实用工具，如宏(Macro)、参数设计语言(APDL)、用户界面设计语言(UIDL)及用户编程特性(UPFs)。汽车车身是由数千个焊点将数百个薄板冲压零件焊接在一起得到的。电阻点焊是车身装配最主要的工艺手段，其焊接装配过程是决定车身制造精度的关键心。鉴于汽车覆盖件冲压制造偏差和薄板零件大柔性特点等因素，在焊装夹具上的定位由传统的“3—2—1”定位方式转变为“N一2—1”定位方式，这种定位方式既能约束薄板的变形却又影响了薄板内部的应力状态，增大了焊装变形偏差分析的难度。本文进行汽车覆盖件焊装偏差研究，以数据文件为接口，在ANSYS中调用C++可执行程序，解决了针对汽车覆盖件施加初始应力的问题，实现ANSYS的二次开发，形成用ANSYS来分析焊接变形的功能。1汽车覆盖件焊装偏差分析汽车覆盖件焊装过程可以分为4个步骤(图1)：图1汽车覆盖件焊接过程(1)零件定位：将覆盖件放置在焊接夹具上，两零件相对于名义位置都难免存在偏差而出现初始间隙(δ1+δ2);(2)夹具夹紧：开启气动夹头将覆盖件夹紧到名义位置，消除初始间隙;(3)点焊焊接：用焊枪焊接覆盖件;(4)夹具释放：松开夹头释放夹紧力，覆盖件产生回弹变形。对于汽车覆盖件焊装变形偏差的分析，可将冲压件实际的位移偏差以等效应力的形式赋予在组焊件理想模型之上，利用节点耦合来等效焊点的作用，这样可以避免复杂、繁重的反求工作。将两个冲压零件A、B的数据模型装配成组焊件，此时两个零件都处于名义焊接位置。考虑两个零件在变形过程中可能发生干涉而建立接触单元。通过非线性计算得到两零件的应力数据文件，需要调用C++程序对两个应力文件进行合并。将焊点处的两个零件节点进行6个自由度的耦合，用来等效焊点的连接作用。设实际两冲压件A、B在各个夹紧点处与名义位置的偏差分别为(i，j，=1，2，3，…)。模拟汽车覆盖件焊接装配的4个步骤，具体实施流程如图2所示。2基于数据文件的ANSYS二次开发2.1程序实现功能如图2中所述，对汽车覆盖件的焊接偏差分析，一共需要进行3次非线性计算。通过ANSYS命令iswrite打开初应力文件生成开关，得到的应力文件包含了模型全部单元的应力数据。结合具体问题，需要提取出filel.ist中A件的应力数据和file2.ist中B件的应力数据。前两次求解后的ANSYS应力文件格式如图3所示。图2汽车覆盖件焊装变形分析流程图3应力文件格式针对应力数据文件的格式特点，运用C++编程语言进行字符操作，将两个应力文件filel.ist和file2.ist中的有效数据合并为file3.ist。所编写的C++可执行程序ff.exe主要代码如下：合并后的应力文件file3.ist如图4所示：用命令isfile完成初始应力的施加。图4合并后的应力文件2.2在ANSYS中调用可执行程序在ANSYS环境巾驱动外部可执行程序主要由命令/SYS和/SYP完成。/SYS命夸崩于执行不带任何毒数的其他应用程序，调用结束后返回到ANSYS环境中。/SYP命令用于执行摄多具有8个参数的其他应用程序，调用结求后也是逅同到ANSYS环境中。3应用实例以某轿车围裙板组焊件并联焊接装配为例，图5为围裙板的零件酬。其中阿板的材料为DC05，弹性模量为200GPa.泊松比为03，长宽1570mmx375mm，厚度07mm(图5a);内板的材料为H220YD+Z，弹性模量为200GPa，泊松比为03，长宽1455mmx170mm.厚度08mm(图5b)。图5围裙板零件图用CAD软件建立围裙板两个零件的模型。组焊件焊点的分布情况如图5a所示。(i=1.2，3，...，8)，(j=1，2，3)分别表示面板、内板上的夹紧点，其位置分布如图5所示。(i=1，2，3，...，8)、(j=1，2，3)分别表示夹紧点处与名义位置的偏差，其值如表1所示。采用APDL(ANSYSParametricDesignIanguage)命令流方式执行有限元分析。图6为模拟结果的节点合位移图(单位mm)。图7给出了围裙板面板与内板在A—A截面(剖面位置及坐标见图8)焊装后位移计算值折线图。分析可知：面板的变形较之内板更为挂著，这显出于面板的刚性较之内板较小;围裙板的变形量从其几何中心到边缘呈逐渐增大趋势，最大变形山现在面板长度方向的最远端。图6合位移场图7模拟值折线图图8剖面位置及坐标表1夹紧点偏差值4结语(1)本文分析了汽车覆盖件点焊装配过程，运用了以等效应力反映零件偏差，用耦合节点反映焊点来模拟焊装过程变形的有限元分析的一种简化方法，并给出了用该方法分析汽车覆盖件点焊装配变形偏差的实施流程，得到了汽车覆盖件焊装偏差的分布特点。(2)采用C++编程语言以数据文件为接口进行了ANSYS二次开发，给出了程序的主要代码。通过ANSYS调用C++可执行程序，在汽车覆盖件焊装偏差分析中可方便地进行初始应力的施加，形成用ANSYS来分析焊接变形的功能。