THESEUS-FE烘烤热变形方案加速新车型开发

车身轻量化设计已成为汽车开发的主旋律。

行业内创新采用新型、轻型材料，优化车身结构设计，保证在碰撞和刚强度的要求下，尽可能地减少钣金件的用料厚度，以期达到降低车身重量和整车油耗的效果。

车门、引擎盖、侧围面板、顶棚等外覆盖件的钣金料厚降低，将直接导致其抗变形能力变差。

在涂装车间烘烤过程中，冲压、焊接等工序应力受热集中释放，白车身在烘烤后也会出现凹凸、曲翘变形等众多问题。

一般开发流程与仿真流程对比

针对新车型外覆盖件钣金烘烤变形问题，目前行业内主要采用的方法是在生产准备阶段(t阶段)进行实车验证，并通过不断尝试、验证、对比效果，摸索、寻找最佳对策。

该方法较为传统，主要依靠工程人员经验判断，由于试制阶段可用车辆较少，而造成钣金烘烤变形的因素繁杂，需要多部门反复协调配合，后期还会引起模具、夹具、甚至烘炉设备的不断调整带来的昂贵成本，不利于车型品质、成本控制和快速熟成开发。

在当下对能源合理化利用、汽车产品品质和开发周期要求日益提高的市场条件下，在车型开发工程设计阶段，通过仿真手段评估温度场以及热变形状态已逐渐成为汽车开发必备过程之一。

THESEUS-FE OVEN 热变形仿真

THESEUS-FE 软件的OVEN烘烤仿真模块，由ARRK Engineering |埃尔科工程 与德国大众合作开发，可实现结果可靠的涂层模拟、烘烤温度场模拟与钣金烘烤变形模拟。

此功能模块还可结合SIMULIA ABAQUS，进一步模拟车身在热应力下的机械性能以及白车身中所用粘合材料复杂的固化情况与时变粘弹性行为。

仿真项目流程梳理

基于THESEUS-FE OVEN温度场载荷的热变形仿真（Thermo-Mechanical Simulation），目的在于提供一种全工艺流程的车身钣金零件受热变形CAE仿真分析方法，能快速确定车身钣金零件的变形位置和变形量数据。

尤其针对钢、铝、复合材料、粘胶等不同材料中的不同热膨胀系数与热应力导致在涂装烘烤过程出现变形问题，通过预先仿真可解决如下难题：

● 热应力导致钣金变形

● 结构胶在涂装烘烤过程是否能够充分固化而达到设计预期的机械稳定性

● 开闭件包边区域因烘烤变形导致的间隙面差问题

钣金烘烤变形仿真

ARRK Thermo-Mechanical 仿真工艺路线，是专门针对车身在涂装车间烘干炉烘烤过程前后各阶段位移（变形）及应力变化情况开发的仿真模拟方法。

利用ABAQUS强大的机械仿真求解器，结合THESEUS-FE OVEN导出的温度场载荷、ARRK Adhesive UMAT的材料属性，评价车身在涂装烘干炉中加热过程车身各元素（钣金、粘胶）的位移及应力情况。

如下图显示，在涂装烘烤结束后，车身侧围外板，在D柱（A面区域）出现约1mm深的凹坑。对外观品质造成了较大的影响。

侧围外板Y向变形问题点：烘烤后D柱外板区域出现凹坑

例如在另一个项目分析过程中，发现其车侧围外板在烘烤降温开始不久后，其所受的最大瞬时应力已经超出了其自身的屈服强度。后经涂装现场试制人员反馈，该区域在经过电泳烘炉后，出现批量较大变形及裂痕。

利用THESEUS-FE OVEN仿真得到的温度场数据，可以用于评估车身涂层是否满足烘干窗口及评估车身受热均匀性，可以初步评估密封胶的固化情况。

密封胶材料属性建立及其固化率仿真

深入了解密封胶、结构胶更为详细的固化过程与粘弹性行为，以及对与其相连接的钣金综合应力作用，则需结合更为详尽的密封胶材料卡，在ABAQUS中，以OVEN导出的温度场数据为基础载荷，通过仿真，可以得到车身各处元素在涂装烘烤过程各个阶段的位移（即变形）情况。

车身中不同种类密封胶分布状态

同时，得益于ARRK Engineering|埃尔科工程 慕尼黑实验室提供的密封胶材料卡，也可同时评估密封胶在烘烤各个阶段的固化率、法向应变等信息。

ARRK Engineering|埃尔科工程 将以上过程结合，综合开发了一套仿真方法，除以上提及的变形、固化率这些基础结果信息外，还可以进行更深入的分析，并利用至真实案例开发中。

某胶材料在热固化过程中随温度的应力应变关系

例如某项目车身拟投入一款新型结构胶，但仿真后发现，电泳烘烤结束后，在某些区域，其固化率不足60%。建议在另一款在产车型上试用，后针对类似结构区域进行验证性拆解，发现该胶的性能远不如预期。后该项目经综合考虑，放弃了该结构胶的投入。

关于ARRK Engineering|埃尔科工程

   ARRK Engineering GmbH 原名 P+Z Engineering GmbH，成立于1967年，总部位于德国慕尼黑，在英国、罗马尼亚、日本和中国均设有分公司或办公室，是汽车及航空航天等行业内众多国际一线品牌的长期合作伙伴，为客户提供高端的工程开发咨询服务。

埃尔科工程技术开发(上海)有限公司 是德国 ARRK Engineering GmbH 在中国设立的全资子公司，成立于2019年9月，志为中国汽车领域提供世界一流的工程技术服务。

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