基于幾何和物理耦合的車身封閉件匹配方法及應(yīng)用研究.pdf

1、車身封閉件與車身八大開口的匹配工藝處于裝配流程最下游，其匹配質(zhì)量的優(yōu)劣不僅顯著影響整車密封性和風(fēng)噪聲等車身使用功能，而且影響車型外觀和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)匹配過程主要考慮封閉件幾何外形間的匹配調(diào)整，不能很好計(jì)入焊接熱效應(yīng)等物理過程對(duì)匹配的影響。同時(shí)，傳統(tǒng)匹配優(yōu)化模型主要采用基于梯度信息的尋優(yōu)算法，難于有效地實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)求解。為此，本文綜合考慮匹配過程的多變量影響，開展基于幾何和物理耦合的車身封閉件匹配方法及應(yīng)用研究，旨在提高匹配質(zhì)量和精度，

2、支持車身設(shè)計(jì)制造水平的持續(xù)改進(jìn)。 針對(duì)車身匹配均勻度和平整度要求，首先系統(tǒng)地分析封閉件匹配主要影響因素引入ANOVA方法(方差分析法)確定影響幾何匹配的主要設(shè)計(jì)變量；采用有限元仿真和多物理場(chǎng)耦合算法，分析確定封閉件匹配的非幾何工藝變量。在此基礎(chǔ)上，引入圖像匹配中Hausdorff有向距離函數(shù)，建立綜合考慮均勻度和平整度的車身封閉件匹配評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而面向匹配過程幾何和物理耦合，建立計(jì)入焊接熱效應(yīng)的車身封閉件匹配優(yōu)化模型；研究基于遺

3、傳算法的并行優(yōu)化求解方法，最后通過車門匹配實(shí)例驗(yàn)證該方法的有效性。主要研究工作如下： (1)車身封閉件幾何匹配影響因素分析針對(duì)實(shí)際車身制造中隨機(jī)因素和系統(tǒng)因素相互交織，而引起偏差波動(dòng)的復(fù)雜現(xiàn)象，將封閉件制造質(zhì)量對(duì)匹配的影響細(xì)分為均值漂移和三類不同特征的波動(dòng)(同批次波動(dòng)、同批次首尾波動(dòng)、不同批次波動(dòng))，并引入ANOVA方法(方差分析法)確定產(chǎn)生偏差波動(dòng)的主要貢獻(xiàn)因素。研究封閉件匹配調(diào)整方法，確定了綜合考慮封閉件夾具特征構(gòu)形的匹配夾

4、具調(diào)整變量，為后續(xù)篇章進(jìn)行匹配優(yōu)化建模和設(shè)計(jì)變量選取奠定基礎(chǔ)。 (2)基于多物理場(chǎng)耦合的封閉件鉸鏈凸焊過程仿真焊接過程等物理因素對(duì)匹配有重要影響。然而，匹配凸焊工藝的封閉性、瞬時(shí)性和高度非線性等特征使傳統(tǒng)研究方法遇到諸多障礙。為研究物理熱效應(yīng)影響下的封閉件匹配，針對(duì)凸焊過程多場(chǎng)耦合以及凸筋壓潰過程大位移和大變形，通過直接耦合法和順序增量耦合法交替迭代，實(shí)現(xiàn)了不同模塊間節(jié)點(diǎn)溫度場(chǎng)信息和幾何體變形信息的實(shí)時(shí)傳遞。基于ANSYS-AP

5、DL建立了有限元平臺(tái)分析環(huán)境下凸焊過程數(shù)值仿真模型，為后續(xù)篇章進(jìn)行計(jì)入焊接裝配熱效應(yīng)的匹配優(yōu)化建立重要基礎(chǔ)。 (3)車身封閉件匹配評(píng)價(jià)模型建立將車身封閉件與開口件匹配過程抽象為模板實(shí)體與目標(biāo)實(shí)體的空間坐標(biāo)映射，根據(jù)微分幾何解析，將匹配過程分解為為間隙均勻度調(diào)整(Evenness)和型面平整度調(diào)整(Flushness)。前者對(duì)應(yīng)于車身XZ平面的微分運(yùn)動(dòng)，后者對(duì)應(yīng)于Y軸方向的平面移動(dòng)和垂直于Y軸的翹曲或扭轉(zhuǎn)。引入圖像匹配技術(shù)，將封閉

6、件類比于匹配模板，開口部分類比于匹配目標(biāo)，在分析確定Hausdorff距離和傳統(tǒng)匹配質(zhì)量度量具有強(qiáng)線性相關(guān)的基礎(chǔ)上，建立以空間Hausdorff有向距離為匹配準(zhǔn)則的封閉件匹配評(píng)價(jià)模型和匹配優(yōu)化函數(shù)，以滿足匹配間隙均勻度和型面平整度的同步優(yōu)化要求。 (4)計(jì)入焊接熱效應(yīng)的車身封閉件匹配優(yōu)化焊接熱效應(yīng)等物理因素影響焊后匹配鉸鏈位置控制參數(shù)，導(dǎo)致匹配鉸鏈產(chǎn)生同軸度誤差，進(jìn)而影響匹配質(zhì)量和精度。應(yīng)用本文建立的焊接過程多場(chǎng)耦合有限元仿真方

7、法，研究焊接熱效應(yīng)下匹配鉸鏈位置偏差，確定車身封閉件匹配的物理影響因素。基于封閉件和開口件的實(shí)際關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)確定實(shí)際匹配幾何構(gòu)形，引入空間Hausdorff有向距離作為匹配質(zhì)量評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，建立計(jì)入焊接熱效應(yīng)影響的車身封閉件匹配優(yōu)化模型和目標(biāo)函數(shù)。基于遺傳算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)匹配變量的并行全局搜索，通過幾何匹配補(bǔ)償物理因素對(duì)匹配的影響，并進(jìn)行匹配優(yōu)化過程程序設(shè)計(jì)。 (5)案例研究及應(yīng)用—某型車門匹配優(yōu)化某型車門匹配質(zhì)量影響整車使用功能和外觀，導(dǎo)

8、致客戶滿意度下降。針對(duì)該典型車身封閉件匹配案例，應(yīng)用本文提出的基于幾何和物理耦合的匹配優(yōu)化方法，建立了匹配評(píng)價(jià)模型和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。基于ANSYS多場(chǎng)耦合仿真獲得了鉸鏈焊后同軸度偏移量。應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行計(jì)入焊接熱效應(yīng)影響的車門匹配變量全局并行尋優(yōu)，確定了優(yōu)化后的匹配夾持調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了該車門匹配間隙均勻度和型面平整度的提高。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)與分析計(jì)算結(jié)果相符，該型車門匹配實(shí)例研究及應(yīng)用驗(yàn)證了本文方法的正確性和可行性。 本文在充分吸收和借鑒