蔡琳娜，馬 征，張振明，張東升 Cai Linna，Ma Zheng，Zhang Zhenming，Zhang Dongsheng

某車型后隔板區(qū)域開裂研究與優(yōu)化

蔡琳娜，馬 征，張振明，張東升
Cai Linna，Ma Zheng，Zhang Zhenming，Zhang Dongsheng

（北京汽車股份有限公司汽車研究院 車身部，北京 101300）

結合某車型在路試中出現(xiàn)的后隔板區(qū)域開裂問題，進行了搭接結構分析及優(yōu)化，并利用CAE分析及實車驗證，有效解決了后隔板區(qū)域開裂問題，為后續(xù)車型結構設計提供參考。

后隔板；焊點開裂；結構優(yōu)化

0 引 言

隨著汽車走進千家萬戶，消費者對汽車的安全性愈加重視。新車型開發(fā)過程中，為了保證車身在使用過程中的可靠性和耐久性，通常會對整車進行各種加速破壞的驗證試驗[1]。在三廂車車身結構中，后隔板對車身的扭轉、彎曲等結構性能起到關鍵作用。結合CAE模擬分析技術，針對某車型耐久性試驗中發(fā)生的后隔板區(qū)域開裂問題，進行優(yōu)化方案分析及實車驗證，最終解決該車型路試問題；同時闡述后隔板區(qū)域結構設計優(yōu)化意見，為后續(xù)車型設計提供參考。

1 問題描述

某車型在工程樣車第1階段整車道路耐久性試驗中，后隔板與左、右側圍連接處出現(xiàn)不同程度的焊點或焊縫開裂，如圖1所示。

圖1 后隔板區(qū)域開裂

2 開裂原因分析

后隔板是三廂轎車特有的結構，位于車身后排座椅靠背的后面，行李廂的前面，連接左、右側C柱鈑金結構，承受來自后懸置高頻復雜的傳遞力。針對試驗中的開裂現(xiàn)象，分析其中原因。

2.1 后隔板區(qū)域零件材料等級偏弱，厚度偏薄

后隔板區(qū)域選材見表1。原車采用二保焊焊接，薄板易焊穿燒蝕，應力集中，無法承受車身扭轉工況，導致開裂。

表1 后隔板區(qū)域選材明細

2.2 二保焊布置不合理

后隔板總成采用整體上件，在與側圍搭接處以二保焊焊接為主，點焊布置在搭接邊端部。當兩零件搭接貼合度差時，二保焊焊縫連接強度不足，車身在扭轉工況中，焊點、焊縫端頭應力集中，導致開裂。

圖2 后隔板焊點焊縫布置

3 結構優(yōu)化及CAE分析驗證

3.1 加強材料

針對后隔板區(qū)域零件選用材料等級偏弱的問題，對零件材料等級進行加強，見表2。

表2 后隔板區(qū)域加強材料方案

3.2 料厚變更

針對后隔板區(qū)域零件選用材料厚度偏弱的問題，對零件厚度進行加強，見表3。

表3 后隔板區(qū)域增加料厚方案 mm

3.3 優(yōu)化焊點布置，增加結構膠

取消后隔板與左、右側圍搭接處周圈二保焊焊縫，增加3個焊點，如圖3所示。通過焊槍模擬，將焊接過孔1沿負方向整體移8 mm，在后隔板本體上增加焊接過孔2，實現(xiàn)新增焊點焊接；同時在后側上部搭接邊中間位置增加一個螺接點。

取消二保焊后，可增加的焊點有限，焊點間距較大，最大處約90 mm，焊點連接強度弱。為了進一步增強搭接零件間的連接強度，在后隔板與連接板間增加結構膠，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化方案

3.4 CAE分析驗證

針對以上優(yōu)化方案，進行CAE模擬分析，對圖4中5個敏感焊接位置的安全系數(shù)進行優(yōu)化前、后對比，結果見表4。采用結構膠方案取消了位置2、4、5處二保焊，徹底避免焊縫開裂問題，表格中用★表示。對比可見，材料等級提升方案與原方案相比，焊點的安全系數(shù)小幅度提升，貢獻量較??；材料厚度提升方案與原方案相比，焊點安全系數(shù)提升幅度在20%左右，此方案會產生模具費用并使單車成本增加；結構膠方案與原方案相比，焊點安全系數(shù)提升幅度明顯，且方案簡單易實施。綜上所述采用優(yōu)化焊點布置、增加螺接點及結構膠的方案。

圖4 焊接位置示意

表4 優(yōu)化方案安全系數(shù)

注：★為位置2、4、5處取消二保焊，采用結構膠方案，徹底避免焊縫開裂問題。

4 優(yōu)化方案試驗驗證

4.1 改制方案驗證

根據(jù)CAE分析結果，在工程樣車第2階段 整車道路耐久性試驗車上，按照點焊加結構膠的方案進行手工改制，驗證工藝可實施性，如圖5所示。通過驗證，焊槍操作性良好，人員站在行李廂后側進行螺接的方便性良好。

圖5 手工改制車狀態(tài)

4.2 整車道路耐久性試驗驗證

對改制車進行第2階段整車道路耐久性試驗驗證，跟蹤拆解發(fā)現(xiàn)車身結構良好無開裂問題，如圖6所示。

圖6 整車道路耐久性試驗驗證狀態(tài)

5 結 論

針對某車型開發(fā)過程中路試出現(xiàn)的后隔板區(qū)域開裂問題進行了原因分析，應用CAE模擬分析，得到優(yōu)化結果；通過手工改制驗證優(yōu)化方案的實際可操作性；通過實車路試試驗，驗證了優(yōu)化方案的結構耐久性能，后隔板區(qū)域開裂問題得到解決。同時，對后續(xù)新開發(fā)車型提出如下建議：（1）因后隔板區(qū)域承受復雜且頻繁的沖擊力，應選擇強度高、料厚足的鈑金材料[3]；（2）合理安排零件上件順序，合理布置焊點，使后隔板與左、右側圍有效連接；（3）后隔板搭接區(qū)域不建議使用二保焊。

[1]鄒素平. 某車型后隔板與后地板連接結構焊點失效研究與改進：2015中國汽車工程學會年會論文集[C]. 上海：中國汽車工程學會，2015：910-911.

[2]汪沛?zhèn)?，龔侃，袁亮，? 基于疲勞設計理論解決轎車車身后部開裂問題[J]. 汽車科技，2016（6）：108-111.

[3]顧楠，魏超，李偉，等. 基于CAE分析的后隔板區(qū)域結構優(yōu)化：2018中國汽車工程學會年會論文集[C]. 上海：中國汽車工程學會，2018：1477-1482.

2019-08-30

U463.83

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.06.011

1002-4581（2019）06-0047-03