一种焊点布置的优化方法、装置、终端及存储介质与流程

1.本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种焊点布置的优化方法、装置、终端及存储介质。


背景技术：

2.点焊在汽车钣金件连接中应用较为广泛，如车身、车门、油箱等。汽车钣金结构中，白车身结构焊点较多，通常会有5000个焊点左右，焊点的位置分布会影响白车身的刚度性能及焊接工艺的复杂性；油箱焊点较少，焊点位置分布会影响焊点疲劳寿命。不同的焊点模型，模拟精度存在较大差别。
3.目前，焊点的模拟方法主要有4种，第一种是用刚性单元模拟焊点连接，通过刚性单元传递载荷，由于刚性单元刚度无穷大，载荷传递不准确，无法评价焊点强度；第二种是用梁单元模拟焊点连接，梁单元的直径为焊点直径，通过梁单元传递载荷，载荷传递相对准确，但无焊点端头模型，焊点强度无法评价；第三种方法用cweld单元模拟焊点连接，利用具有特定剪切的柔性梁单元模拟焊点，与第二种方法类似，同样无法评价焊点强度；第四种是用acm单元模拟焊点连接，主要由六面体单元hexa和柔性单元rbe3构成，被连接件上下两层版之间建立六面体焊核，六面体的各个节点通过rbe3单元与上下两层板四个节点连接，载荷通过六面体单元传递到rbe3单元，再通过rbe3单元传递到被连接件，此方法同样没有准确模拟焊点端头，通过rbe3传递的载荷由rbe3权重决定，权重一般为1，存在一定偏差，无法评价焊点强度。
4.焊点布置方面，一般采用经验设计方法进行焊点分布设计，通过校核结构的刚度、强度等相关性能，对焊点位置进行修正，往往需要多轮仿真分析才能确定最终方案，缺少合理有效的焊点分布设计方法。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种焊点布置的优化方法、装置、终端及存储介质，通过建立真实有效的焊点模型，包括焊点内核、外核及连接单元，对焊点强度进行评价；并且基于建立的焊点模型，以连接梁单元半径为变量，质量最小化为目标，刚度及强度性能为约束，对焊点布置进行优化，解决了乘用车钣金件焊点建模及焊点布置优化问题。
6.本发明实施例结合附图说明如下：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种焊点布置的优化方法，包括以下步骤：
8.步骤一、焊点最多化布置；
9.步骤二、建立包含母板及焊点在内的初始焊接结构的有限元模型，同时设定刚度、强度性能的相关工况，对初始焊接结构施加约束及载荷；
10.步骤三、优化焊点布置。
11.进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
12.在工艺允许前提下，以焊点布置最多化为原则。
13.进一步的，所述步骤二中焊点的有限元模型建立方法如下：
14.21)几何模型准备；
15.22)划分网格；
16.23)将两块板焊点中心处节点以梁单元连接；
17.24)建立材料特性；
18.25)赋予属性。
19.进一步的，所述步骤21)的具体方法如下：
20.导入几何模型，在optistruct软件中抽取中面，两块板焊点中心处建立一对节点，以节点为圆心分别在两块板上画内外圆，外圆为焊点半径，内圆为焊点内核，内圆与外圆间的环形带为焊点外核，也是焊点热影响区。
21.进一步的，所述步骤22)的具体方法如下：
22.基于步骤1)处理的几何模型，将两块板内圆划分为4个四边形，外圆划分为8个四边形，每块板内圆及外圆外的四边形共边。
23.进一步的，所述步骤24)的具体方法如下：
24.定义除焊点之外的板材部分为母板，首先建立母板材料属性、弹性模量、泊松比；然后建立焊点内核材料属性、焊点内核材料属性中弹性模量、泊松比。
25.进一步的，所述步骤25)的具体方法如下：
26.内核单元赋予板壳单元属性、厚度、材料；外核四边形单元赋予板壳单元属性、厚度、材料；连接梁单元赋予beam属性、半径、材料。
27.进一步的，所述步骤三的具体方法如下：
28.以焊点重量最小化为目标函数；以连接梁单元的半径x为设计变量，其中，x的取值范围为[0，r]，r为焊点半径；以零部件的刚度及强度为设计约束，其中，刚度需要大于某一目标值，强度需要所有外核单元应力小于屈服极限，来优化焊点的布置；
[0029]
目标函数f(x)：min或max[f(x)]；
[0030]
设计变量：x
li
≤xi≤x
ui，
i＝1,2,3
……
n；
[0031]
设计约束：gj(x)≤0，j＝1,2,3
……
m。
[0032]
第二方面，本发明实施例还提供了一种焊点布置的优化装置，包括：
[0033]
焊点布置模块，用于将焊点最多化的布置；
[0034]
建模模块，用于建立包含母板及焊点在内的初始焊接结构的有限元模型，同时设定刚度、强度性能的相关工况，对初始焊接结构施加约束及载荷；
[0035]
优化模块，用于优化焊点的布置。
[0036]
第三方面，提供一种终端，包括：
[0037]
一个或多个处理器；
[0038]
用于存储所述一个或多个处理器可执行指令的存储器；
[0039]
其中，所述一个或多个处理器被配置为：
[0040]
执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
[0041]
第四方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由终端的处理器执行时，使得终端能够执行本发明实施例的第一方面所述的方法。
[0042]
第五方面，提供一种应用程序产品，当应用程序产品在终端在运行时，使得终端执
行本发明实施例的第一方面所述的方法。
[0043]
本发明的有益效果为：
[0044]
本发明贴近实际焊点模型，计算精度更高，基于本焊点模型的焊点布置优化方法，较其他方法简单且高效，能快速给出焊点布置优化方案，缩短开发周期，节约成本。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0046]
图1为本发明所述一种焊点布置的优化方法中焊点模型建立的流程图；
[0047]
图2为焊点模型的示意图；；
[0048]
图3为焊点受力的示意图；
[0049]
图4为本发明所述一种焊点布置的优化方法的流程图；
[0050]
图5为焊点布置分布图；
[0051]
图6为本发明所述一种焊点布置的优化装置的结构示意图；
[0052]
图7为一种终端结构示意框图。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0055]
实施例一
[0056]
图4为本发明实施例一提供的一种焊点布置的优化方法的流程图，本实施例可适用于焊点布置的优化的情况，该方法可以由本发明实施例中的一种焊点布置的优化装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。本实施例以两块材料牌号355l，长1000mm、宽20mm、厚1.5mm的钢板点焊为例阐述焊点布置的优化方法，具体如下：
[0057]
步骤一、焊点最多化布置；
[0058]
在工艺允许前提下，以焊点布置最多化为原则。点焊时，不同的板厚，焊点距离边缘最小距离及两焊点最小间距有不同的要求。本实施例中，板厚为1.5mm，焊点直径5.5mm，工艺要求焊点距离边缘最小距离为5mm，两焊点最小间距为18mm，按照最小边缘距离及间距要求，本实施例可在两块刚板上沿长度方向最多布置46个焊点，如图5所示。
[0059]
步骤二、建立包含母板及焊点在内的初始焊接结构的有限元模型，同时设定刚度、强度性能的相关工况，对初始焊接结构施加约束及载荷。
[0060]
参阅图1，其中，焊点的有限元模型建立方法如下：
[0061]
21)几何模型准备；
[0062]
导入几何模型，在optistruct中抽取中面，两块板焊点中心处建立一对节点，以节点为圆心分别在两块板上画内外圆，外圆半径r＝2.25mm，为焊点半径，内圆半径为r＝1.305mm。内圆代表焊点内核，内圆与外圆间的环形带代表焊点外核，也是焊点热影响区，依据焊接经验，内外圆半径比 r/r＝0.58，此时，几何模型准备完成。
[0063]
22)划分网格；
[0064]
基于处理好的几何模型，将两块板内划画分为4个四边形，外圆划分为8个四边形，每块板内圆及外圆外四边形共边。
[0065]
23)将两块板焊点中心处节点以梁单元连接；
[0066]
24)建立材料特性；
[0067]
定义除焊点之外的板材部分为母板，首先建立母板材料属性m1，弹性模量e1＝210000mpa，泊松比v＝0.3；然后建立焊点内核材料属性m2，焊点破坏不会出现在内核，破坏位置基本在热影响区，且从焊点结构形式来看，焊点内核刚性较大，所以焊点内核材料属性中弹性模量e2＝40e1＝8400000 mpa，泊松比v＝0.3。
[0068]
25)赋予属性。
[0069]
内核单元赋予板壳单元属性,厚度1.5mm，材料m2；外核四边形单元赋予板壳单元属性,厚度1.5mm，材料m1；连接梁单元赋予beam属性,半径为焊点半径2.25mm，材料m1。
[0070]
经过以上5步，焊点模型建立完成，模型如图2所示。
[0071]
上述建立的焊点模型，根据图3所示的焊点受力图，其应力计算公式见方程1-7所示：
[0072][0073][0074][0075][0076]
σr＝c
pfz
+cb(-m
y cosθ+m
x sinθ)-cs(f
x cosθ+f
y sinθ)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0077]
σ
θ
＝vσrꢀꢀꢀ
(6)
[0078]
τr＝cs(f
x sinθ-f
y cosθ)-crm
t
ꢀꢀꢀ
(7)
[0079]
其中，cb、cr、c
p
、cr是由焊点几何参数确定的系数为常数；σr是径向应力；σ
θ
是周向应力；τr是剪切应力；d为内圈直径，d为外圈直径， fx、fy、fz为连接点的力，mx、my、mz为连接点力矩，t板材厚度，θ为焊核沿周向方位的角度。
[0080]
另外，本实施例中刚度性能包含1个工况，约束两钢板一端，另一端垂直钢板法向施加1000n载荷；
[0081]
强度性能包含2个工况，约束与刚度工况相同，工况1钢板另一端垂直法向施加
5000n载荷，工况2钢板另一端绕长度方向施加10000n*m力矩。
[0082]
步骤三、优化焊点布置；
[0083]
涉及到优化问题则避不开优化的三要素，分别是目标函数，设计约束条件及设计变量。
[0084]
目标函数f(x)：min或max[f(x)]；
[0085]
设计变量：x
1i
≤xi≤x
ui
，i＝1，2，3
……
n；
[0086]
设计约束：gj(x)≤0，j＝1，2，3
……
m。
[0087]
为了实现焊点布置优化，本发明以尺寸优化为手段，设计变量为连接梁单元的半径x，x的取值范围为[0，r]，r为焊点半径，本例中r＝2.25mm；目标为焊点重量最小化；设计约束为零部件的刚度及强度，刚度及强度性能要满足设计需求。其中刚度需要大于某一目标值，强度需要所有外核单元应力小于屈服极限。本例中要求刚度工况下刚度大于500n/mm，强度工况下所有外核单元应力小于335mpa。当刚度及强度性能满足约束，重量目标最小时，设计变量x小于0.1r的焊点可认为对性能贡献较小，焊点可去除。依据以上方法进行优化后，本例46个焊点剩余26个焊点，焊点布置优化完成。
[0088]
实施例二
[0089]
参阅图6，一种焊点布置的优化装置，包括：
[0090]
焊点布置模块，用于将焊点最多化的布置；
[0091]
建模模块，用于建立包含母板及焊点在内的初始焊接结构的有限元模型，同时设定刚度、强度性能的相关工况，对初始焊接结构施加约束及载荷；
[0092]
优化模块，用于优化焊点的布置。
[0093]
实施例三
[0094]
图7是本技术实施例提供的一种终端的结构框图，该终端可以是上述实施例中的终端。该终端300可以是便携式移动终端，比如：智能手机、平板电脑。终端300还可能被称为用户设备、便携式终端等其他名称。
[0095]
通常，终端300包括有：处理器301和存储器302。
[0096]
处理器301可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器301可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器301也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu (central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器301 可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器 301还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该 ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
[0097]
存储器302可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是有形的和非暂态的。存储器302还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器302中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器301所执行以
实现本技术中提供的一种焊点布置的优化方法。
[0098]
在一些实施例中，终端300还可选包括有：外围设备接口303和至少一个外围设备。具体地，外围设备包括：射频电路304、触摸显示屏305、摄像头306、音频电路307、定位组件308和电源309中的至少一种。
[0099]
外围设备接口303可被用于将i/o(input/output，输入/输出)相关的至少一个外围设备连接到处理器301和存储器302。在一些实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303被集成在同一芯片或电路板上；在一些其他实施例中，处理器301、存储器302和外围设备接口303 中的任意一个或两个可以在单独的芯片或电路板上实现，本实施例对此不加以限定。
[0100]
射频电路304用于接收和发射rf(radio frequency，射频)信号，也称电磁信号。射频电路304通过电磁信号与通信网络以及其他通信设备进行通信。射频电路304将电信号转换为电磁信号进行发送，或者，将接收到的电磁信号转换为电信号。可选地，射频电路304包括：天线系统、rf收发器、一个或多个放大器、调谐器、振荡器、数字信号处理器、编解码芯片组、用户身份模块卡等等。射频电路304可以通过至少一种无线通信协议来与其它终端进行通信。该无线通信协议包括但不限于：万维网、城域网、内联网、各代移动通信网络(2g、3g、4g及5g)、无线局域网和/或wifi(wireless fidelity，无线保真)网络。在一些实施例中，射频电路304还可以包括nfc(near field communication，近距离无线通信)有关的电路，本技术对此不加以限定。
[0101]
触摸显示屏305用于显示ui(user interface，用户界面)。该ui 可以包括图形、文本、图标、视频及其它们的任意组合。触摸显示屏305 还具有采集在触摸显示屏305的表面或表面上方的触摸信号的能力。该触摸信号可以作为控制信号输入至处理器301进行处理。触摸显示屏305 用于提供虚拟按钮和/或虚拟键盘，也称软按钮和/或软键盘。在一些实施例中，触摸显示屏305可以为一个，设置终端300的前面板；在另一些实施例中，触摸显示屏305可以为至少两个，分别设置在终端300的不同表面或呈折叠设计；在再一些实施例中，触摸显示屏305可以是柔性显示屏，设置在终端300的弯曲表面上或折叠面上。甚至，触摸显示屏305还可以设置成非矩形的不规则图形，也即异形屏。触摸显示屏305可以采用 lcd(liquid crystal display，液晶显示器)、oled(organiclight-emitting diode,有机发光二极管)等材质制备。
[0102]
摄像头组件306用于采集图像或视频。可选地，摄像头组件306包括前置摄像头和后置摄像头。通常，前置摄像头用于实现视频通话或自拍，后置摄像头用于实现照片或视频的拍摄。在一些实施例中，后置摄像头为至少两个，分别为主摄像头、景深摄像头、广角摄像头中的任意一种，以实现主摄像头和景深摄像头融合实现背景虚化功能，主摄像头和广角摄像头融合实现全景拍摄以及vr(virtual reality，虚拟现实)拍摄功能。在一些实施例中，摄像头组件306还可以包括闪光灯。闪光灯可以是单色温闪光灯，也可以是双色温闪光灯。双色温闪光灯是指暖光闪光灯和冷光闪光灯的组合，可以用于不同色温下的光线补偿。
[0103]
音频电路307用于提供用户和终端300之间的音频接口。音频电路 307可以包括麦克风和扬声器。麦克风用于采集用户及环境的声波，并将声波转换为电信号输入至处理器301进行处理，或者输入至射频电路304 以实现语音通信。出于立体声采集或降噪的目的，麦克风可以为多个，分别设置在终端300的不同部位。麦克风还可以是阵列麦克风或全向采
集型麦克风。扬声器则用于将来自处理器301或射频电路304的电信号转换为声波。扬声器可以是传统的薄膜扬声器，也可以是压电陶瓷扬声器。当扬声器是压电陶瓷扬声器时，不仅可以将电信号转换为人类可听见的声波，也可以将电信号转换为人类听不见的声波以进行测距等用途。在一些实施例中，音频电路307还可以包括耳机插孔。
[0104]
定位组件308用于定位终端300的当前地理位置，以实现导航或lbs (location based service，基于位置的服务)。定位组件308可以是基于gps(global positioning system，全球定位系统)、北斗系统或伽利略系统的定位组件。
[0105]
电源309用于为终端300中的各个组件进行供电。电源309可以是交流电、直流电、一次性电池或可充电电池。当电源309包括可充电电池时，该可充电电池可以是有线充电电池或无线充电电池。有线充电电池是通过有线线路充电的电池，无线充电电池是通过无线线圈充电的电池。该可充电电池还可以用于支持快充技术。
[0106]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构并不构成对终端300 的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
[0107]
实施例四
[0108]
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本技术所有发明实施例提供的一种焊点布置的优化方法。
[0109]
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器 (cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0110]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0111]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0112]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0113]
实施例五
[0114]
在示例性实施例中，还提供了一种应用程序产品，包括一条或多条指令，该一条或多条指令可以由上述装置的处理器301执行，以完成上述一种焊点布置的优化方法。
[0115]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施模式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。