0 前言

白车身组成较为复杂，一般由250多个薄板冲压件焊接而成。由于制造误差、薄板件的特殊物理性质以及装配过程中误差沿尺寸链的传递，导致柔性薄板件的装配精度在整车装配过程中难以控制。

这些薄板件具有复杂的空间曲面，其装配夹紧点和定位点往往高达1700~2500个，因此控制白车身尺寸成为影响整车质量的关键。

传统偏差分析将薄板件简化为刚体模型，假设其在焊接、夹持及夹持释放等装配过程中不发生弹性或塑性变形。该假设使得仿真结果与柔性薄板件的实际装配状态存在显著偏差。随着装配精度要求的提升，基于刚体假说的分析方法已难以满足当前薄板件公差控制的需求。柔性薄板部件的组装分析需要结合有限元方法，以精确模拟其装配过程。本文以翼子板为例，对柔性薄板构件的装配过程进行分析与模拟。

1 柔性仿真技术

在车身设计过程中，可采用三维公差分析技术对产品进行验证。目前，应用较为广泛的公差分析软件是3DCS。传统3DCS建模要求所有零件遵循“3—2—1”定位原则，并假设其为刚体。然而，翼子板、发动机舱盖等柔性零件因其几何特性难以按“3—2—1”原则完全约束，其装配过程中的变形会引发非预期的公差累积效应，导致仿真结果与实际装配状态存在显著偏差。为此，需要引入柔性分析的概念，即联合运用3DCS、Abaqus和Hypermesh等软件，对零件进行网格划分，建立刚度矩阵并求解，从而获得与实际状态更为接近的虚拟仿真结果。

传统3DCS软件在刚体零件建模时遵循“3—2—1”定位原则。然而，柔性件在装配中会发生局部变形，无法满足严格的“3—2—1”定位要求。因此，需要应用其柔性模块（FEA），结合有限元分析来模拟分析零件的装配过程。

某车型的翼子板零件存在尺寸大、刚性弱的特点，在装车时存在变形风险。为此，采用柔性模块对该翼子板进行柔性分析，以设立合理的整车外观公差，保证产品质量。

柔性虚拟仿真逻辑如图1所示，总体分析过程如下：首先选择柔性装配零件，并设置其工装与定位点的约束；接着，运用Hypermesh软件进行网格划分；然后通过Abaqus等求解器进行CAE计算；随后，在3DCS中进行虚拟仿真分析；最终得出综合性结论。

图1 柔性虚拟仿真逻辑

2 翼子板零件模型的建立及划分网格

2.1 翼子板零件装配过程

翼子板在白车身装配时，主要使用工装进行辅助。装配过程中，先将辅助装具安装在车身上，再将翼子板安装于该装具上，最后拧紧翼子板的紧固螺栓，以确保其装配位置准确。

2.1.1 翼子板工装的定位方式

翼子板装具的X向以车门为基准进行定位，Y向则依靠地板轮罩的定位孔，具体定位方案如图2所示。

图2 翼子板工装的定位方案

2.1.2 翼子板零件在工装上的定位方式

翼子板在工装上的定位方式为：Y向通过工装与前门贴合，X向通过塞入块限位，Z向通过翼子板下部翻边与前门水切面及下部翻边对齐。前端工装用于保证翼子板的Y向开度。安装时，先拧紧翼子板与翼子板支架的连接，再拧紧翼子板支架与车身的连接。具体定位方案如图3所示。

图3 翼子板的定位方案

2.2 翼子板的刚性及柔性建模

根据翼子板的装车方案，分别对其进行刚性建模约束与柔性建模约束，具体步骤如图4所示。

图4 翼子板的刚性、柔性建模

3 基于Hypermesh的网格划分

Hypermesh是一款功能强大的CAE前处理软件，它集成了设计与分析所需的各种工具，界面友好，灵活度高，是企业级CAE分析的常用平台。

利用Hypermesh进行网格划分时，首先将零件的3D数模导入软件，生成其中面，并将特征线映射到中面上。随后进行网格划分，并添加材料属性，如弹性模量、密度、泊松比等。划分完成后的网格模型如图5所示。

图5 划分后的网格

4 刚度矩阵操作流程及计算结果

如图6所示，将零件数据及FEA文件导入软件，首先生成重力矩阵与刚度矩阵，随后对翼子板各特征点进行计算，结果见表1。

图6 刚度计算特征点

通过柔性模块分析可以看出，与刚性分析相比，柔性分析的6σ值总体偏小。对于6σ值偏大的区域，可通过在工装设计上采取增加定位点等措施来保证尺寸精度。这样既能确保整车尺寸要求得到满足，又能保证仿真的准确性。

与传统的刚性模块相比，柔性模块因考虑了材料属性和装配工艺（如螺接、焊接和铆接），能更真实地反映实际情况，从而提升零件的设计精度。

在实际的零件偏差分析中，可根据具体的偏差类型、分析对象、分析要求和时间限制，灵活选用不同的分析方法。必要时，可将刚性装配分析与有限元分析结合使用，以确保前期仿真的可靠性。

5 实车验证

为验证仿真结果的可靠性，收集5套翼子板的实车测量数据，将其与仿真结果进行对比，数据详情见表2。

通过对比实测值与仿真结果发现，仿真偏差处于可接受范围内，满足了工程分析的精度要求。具体而言，6σ值较小的测点，其偏差均低于0.02mm，表明模型在敏感区域具有较高的置信度；而6σ值较大的测点，其偏差分布符合预期的正态分布，印证了仿真对制造变异性的有效覆盖。

6 结语

本文主要以翼子板为例，对薄板冲压零件进行了柔性仿真分析的探索性应用。通过分析得出柔性分析较传统方法的优势，将3DCS的FEA柔性模块与Hypermesh、Abaqus结合应用，对翼子板零件进行仿真分析。本文提出了一种零件偏差分析的思路，能更有针对性地根据零部件的几何特征、物理性能、检具摆放方式等实际情况，利用软件的协助，对零件进行分析计算，在项目开发前期利用仿真软件完成验证和结果输出，保证零件、工装定位设计的合理性，减少主机厂在项目开发过程中的整改成本、整改时间。

参考文献

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[2] 庞新福，冯斌，张春斌.白车身试制过程中的焊接质量控制分析[J].汽车工艺与材料,2009(8):10-12.

[3] 罗锦耀，雷露露.3DCS三维偏差分析软件分析汽车柔性零件的应用[J].企业科技与发展,2012(15):33-37.

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