1原有接头及新型接头结构
接头可作为车身的关键过渡环节，其具体的结构类型能够对骨架梁的连接强度和稳定性产生直接影响。原本的连接结构为三个角组合连接的形式，具体如图1.三根垂直梁运用角接头完成连接工作，接头可设置在骨架梁的垂直相邻位置。原有接头运用“L”铝合金，经过科学的切割处理完成，需将其连接到骨架梁的外面，厚度约控制在6mm。所有角接头连接两根骨架梁，骨架梁与两个接头分别连接，单头可运用6个铆钉和骨架进行固定，以此形成顶角形的骨架结构。
图1：原骨架连接结构示意图
图2：新型连接接头
原本的连接结构运用三个角接头完成铆接处理，不同接头相互独立，并且形成统一的整体，接头位置的刚性较低，因此出现变形的几率更高。需提出连接的接头来替代多个接头形成新的结构类型。
通常，如果零部件的结构相对复杂，便需使用铸造技术完成制作。但铸造的成本更高，且效率和强度均偏低。挤压技术更适合应用到结构相对简单的零件制作中，从而提高生产的效率，且明显降低原料的应用成本。在经济和技术层面均可表现出较为明显的特征，与其他类型的加工方法相比，其操作的便捷性更高，能够实现机械化等操作，因此更适合应用在大批量的零件生产工作中。因此新型接头也可尝试使用挤压技术完成。
本文所研究的接头类型运用带内腔的“L”形铝合金经过切割完成，接头壁的厚度约为3mm，且内部具有7个空腔，形状均为矩形，整个结构构成三个插入端。使用新型的连接结构时，需将三个插入端分别插入骨架梁内，再使用铆钉进行固定。这样三根量便可使用独立的接头实现稳定的连接。
2静态对比分析
原本的连接结构对于三根骨架梁来讲是基本相同的，因此对其中一根梁进行分析所获得的结果也可作为其他两根梁的分析结论。新型的结构其连接接头的插入端结构存在差异，因此针对一根梁的分析结果并不适用其他两根梁，因此在开展CAE分析期间，便可将约束和载荷方案分两组实施：第一，对两根梁的端头节点进行约束，针对竖梁施加力矩。第二，对竖梁上和下方梁的节点进行约束，对另一根梁的端头施加力矩。开展分析工作时，可使用前处理的软件完成网格的划分，大部分骨架均为薄壁件，因此便需运用壳单元完成建模，重点以四边形为主，以三角形为辅。在对网格进行划分前，可先抽取薄壁零件的中面，此后再对网格进行划分。综合考虑接头的尺寸和有限元模型的精度水平，单元尺寸可设置为2mm。
2.1边界条件的确定
依据连接结构的具体应用条件，可确定CAE分析的边界，两组分析需构建四个分析的工况，具体来讲为：第一，在下方梁的端头实施三个方向的约束，在竖梁上施加集中力约为100N，集中力的水平指向为下方梁的夹角中心线，第二，可在下方梁的端头施加三个方向的约束，在竖梁上施加力矩为40000N·mm，力矩的方向为垂直向下。第三，竖梁上施加三个方向的约束，同时在下方左梁端头施加三个方向的约束，在下方右梁施加竖直向下的集中力，约为100N。第四，在竖梁上施加三个方向的约束，同时在下方左梁的端头施加相同的约束，在下方右梁端头施加一个方向的力矩，数值为40000N·mm。
2.2分析结果对比
运用HyperWorks软件对两种静态应力进行分析可知：
第一，原结构的最大变形量可达12.9mm，具体在竖梁上的节点位置。新型的结构最大的变形量较低，仅为1.95mm。原结构的最大应力为340MPa，具体位置为下方梁的上端第二个铆钉孔，角接头的最大应力为198MPa；新型结构的最大应力为80.2MPa，具体位置在连接接头插入端的垂直交叉点位置。
第二，原结构的最大变形量可达1.67mm，位置在竖梁上的端内顶角节点位置。新型结构的变形量较小，仅为0.17mm。原结构的最大应力值为262MPa，位置在竖梁下方铆钉孔边缘，新型结构的最大应力可达32.4MPa。
第三，原结构的最大变形量可达3.05mm，新型结构的变形量为0.59mm。原结构的最大应力为183MPa，位置在下方骨架梁的铆钉孔边缘，新型结构的最大应力在接头的插入端交点位置，具体数值为49.2MPa。
第四，原结构的最大变形量达1.03mm，新型结构的变形量为0.53mm。原结构的最大应力值为304MPa，位置在下方骨架梁铆钉孔边缘。新型结构的应力在接头右侧的第一个铆钉孔边缘，且数值为141.8MPa。
上述分析仅可使用在对新旧方案的对比方面，其载荷与实际的状态不同，因此上述工况的最大应力并无法作为参考的依据，仅可作为判定新型结构的完善程度。
从上述分析结果可知，新型结构与原结构相比，其工况的最大变形量出现明显下降的趋势，最低与最高降幅分别为48%和89%。由于新型的接头下端插入端在侧面和骨架梁进行固定，这便导致其抗扭转和变形的效果难以达到上方插入端的水平，但可明显优于原结构的角接头抗扭转的效果。
新型结构与原结构相比，工况的最大应力也表现出明显的下降趋势，最低降幅为53%。原链接结构的最大应力位置在骨架梁上，角接头的最大应力偏低，这与角接头的料的厚度高于骨架梁的厚度直接相关。新型结构的最大应力均在接头连接位置。
由于新型结构的CAE分析结论明显优于原结构类型，因此可依据原结构的分析数据对新型接头进行优化改进，降低薄接头的壁厚，从而实现轻量化的处理。
2.3尺寸优化分析
在通过有限元对结构位移和应力进行计算时，对尺寸的优化无需充分划分网格，可运用分析灵敏度和合理的规划方法便可对尺寸进行优化。针对具有连续性结构的板，也仅将各单元的厚度作为设计的变量，对优化的结果进行阶梯分布。在整个优化期间，设计变量和刚度的矩阵通常存在简单的线性关系。
依据原结构的分析结果来优化新接头尺寸，将优化网格划分为7个集合，具体可见图3.由于新型接头具有对称性，因此所划分出的7个集合分别在左右两部分，同时考虑零件为铝合金挤压性的原料，可通过切割的方式进行加工处理，需保证在同一竖面的网格厚度一致。对尺寸进行优化期间，要求7个集合的网格初始厚度为3mm，上下限分别为3mm和1.8mm。
图3：新型连接接头优化网格划分示意图
在对尺寸进行优化设计时，要求在四个工况下，对新型结构的最大变形量实施约束管理，依据静态分布的结果进行设定，具体为：工况一的最大变形量可达10mm，工况二为0.8mm；工况三为2.0mm；工况四为1.0mm。
目标函数方面，设计的目标需为优化模型的总质量，促使其达到最小。
运用HyperWorks对尺寸进行优化，通过多次计算将函数进行收敛，最终完成优化设计的过程。从新型接头的网格厚度可见，最终可加工接头壁厚分成三种类型，分别为1.8mm、1.946mm和2.186mm。参照铝合金的挤压工艺技术，可对分析结果进行优化，也就是将连接的接头下方插入端侧壁的厚度设置为
，经过多次迭代计算，函数达到收敛，优化计算结束。由新型接头的网格厚度云图分析结果可以看出，最终将新型接头的为三类，分别是考虑到铝合金的挤压工艺，将分析结果进行调整，即要求连接接头2.0mm，下方插入端的端头厚度设置为2.2mm，其余部分的厚度为1.8mm。对尺寸进行优化后的最大变形量和应力值见表1.
从上图可知，新型接头经过优化后的变形量和应力值均有所提高。但仍然低于原结构的数据，从结果可知，能够达到装车的要求。从尺寸的优化结果可知，需对连接的接头质量进行测算，具体的质量对比情况见表2.
可见，经过优化的新兴接头强度和刚性均有所提高，同时重量也变低，能够表现出更为明显的轻量化效果。
3结束语
本文主要针对原有结构的三个角接头和骨架的铆接进行分析，接头相互独立，在骨架梁的垂直方向内侧进行连接。新型结构是使用连接接头和插入端将骨架梁进行连接，三个插入端相互形成一个统一的整体，通过使用CAE对原有连接结构和新型结构进行对比可知，新型结构的整体效果远高于原有结构类型。通过对新型接头的尺寸进行优化，从而体现出其在轻量化方面的潜质。
参考文献：
[1]王松，严运兵，张胜兰.客车车架有限元分析及尺寸优化[J].汽车科技，2012，（4）：35-39.
[2]卢建志，杨世文，李鹏，等.基于拓扑和尺寸组合优化的ATV车身轻量化研究[J].中北大学学报：自然科学版，2012，33（2）：141-144.
[3]叶盛，辛勇.基于灵敏度及尺寸优化的汽车车门轻量化[J].机械设计与研究，2013，29（6）：112-115，121.
[4]宋凯，成艾国，钟志华.基于响应面法的汽车车身T型接头优化[J].汽车工程，2011，33（4）：283-289.
[5]王明哲，王麟平，张宝红，等.铝合金锥壳体成形工艺分析[J].热加工工艺，2013，42（5）：24-26.