基于幾何和物理耦合的車身封閉件匹配方法及應用研究.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噪聲等車身使用功能，而且影響車型外觀和市場競爭力。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，不能很好計入焊接熱效應等物理過程對匹配的影響。同時，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用研究，旨在提高匹配質(zhì)量和精度，

2、支持車身設計制造水平的持續(xù)改進。 針對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計變量；采用有限元仿真和多物理場耦合算法，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價模型，進而面向匹配過程幾何和物理耦合，建立計入焊接熱效應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例驗證該方法的有效性。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實際車身制造中隨機因素和系統(tǒng)因素相互交織，而引起偏差波動的復雜現(xiàn)象，將封閉件制造質(zhì)量對匹配的影響細分為均值漂移和三類不同特征的波動(同批次波動、同批次首尾波動、不同批次波動)，并引入ANOVA方法(方差分析法)確定產(chǎn)生偏差波動的主要貢獻因素。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)篇章進行匹配優(yōu)化建模和設計變量選取奠定基礎。 (2)基于多物理場耦合的封閉件鉸鏈凸焊過程仿真焊接過程等物理因素對匹配有重要影響。然而，匹配凸焊工藝的封閉性、瞬時性和高度非線性等特征使傳統(tǒng)研究方法遇到諸多障礙。為研究物理熱效應影響下的封閉件匹配，針對凸焊過程多場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，實現(xiàn)了不同模塊間節(jié)點溫度場信息和幾何體變形信息的實時傳遞?；贏NSYS-AP

5、DL建立了有限元平臺分析環(huán)境下凸焊過程數(shù)值仿真模型，為后續(xù)篇章進行計入焊接裝配熱效應的匹配優(yōu)化建立重要基礎。 (3)車身封閉件匹配評價模型建立將車身封閉件與開口件匹配過程抽象為模板實體與目標實體的空間坐標映射，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)。前者對應于車身XZ平面的微分運動，后者對應于Y軸方向的平面移動和垂直于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，在分析確定Hausdorff距離和傳統(tǒng)匹配質(zhì)量度量具有強線性相關(guān)的基礎上，建立以空間Hausdorff有向距離為匹配準則的封閉件匹配評價模型和匹配優(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)計入焊接熱效應的車身封閉件匹配優(yōu)化焊接熱效應等物理因素影響焊后匹配鉸鏈位置控制參數(shù)，導致匹配鉸鏈產(chǎn)生同軸度誤差，進而影響匹配質(zhì)量和精度。應用本文建立的焊接過程多場耦合有限元仿真方

7、法，研究焊接熱效應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際關(guān)鍵測點確定實際匹配幾何構(gòu)形，引入空間Hausdorff有向距離作為匹配質(zhì)量評價準則，建立計入焊接熱效應影響的車身封閉件匹配優(yōu)化模型和目標函數(shù)。基于遺傳算法實現(xiàn)最優(yōu)匹配變量的并行全局搜索，通過幾何匹配補償物理因素對匹配的影響，并進行匹配優(yōu)化過程程序設計。 (5)案例研究及應用—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

8、致客戶滿意度下降。針對該典型車身封閉件匹配案例，應用本文提出的基于幾何和物理耦合的匹配優(yōu)化方法，建立了匹配評價模型和優(yōu)化目標函數(shù)?；贏NSYS多場耦合仿真獲得了鉸鏈焊后同軸度偏移量。應用遺傳算法進行計入焊接熱效應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，實現(xiàn)了該車門匹配間隙均勻度和型面平整度的提高?，F(xiàn)場測量數(shù)據(jù)與分析計算結(jié)果相符，該型車門匹配實例研究及應用驗證了本文方法的正確性和可行性。 本文在充分吸收和借鑒