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      基于有限元法的某SUV前門(mén)力學(xué)性能仿真研究

      2021-02-24 01:09:48陳聰
      汽車實(shí)用技術(shù) 2021年3期
      關(guān)鍵詞:前門(mén)窗框有限元法

      陳聰

      基于有限元法的某SUV前門(mén)力學(xué)性能仿真研究

      陳聰

      (江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心,江西 南昌 330001)

      文章基于有限元法,采用ABAQUS軟件,對(duì)某SUV車型前門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE抗凹、窗框剛度、扭轉(zhuǎn)剛度分析,分析結(jié)果顯示,前門(mén)窗框剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、和抗凹性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      SUV;前門(mén);力學(xué)性能

      1 引言

      隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,商用輕卡銷量得到迅猛增長(zhǎng),由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性,已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。車門(mén)作為汽車車身的一部分,由外門(mén)板、內(nèi)門(mén)板、上加強(qiáng)板、下加強(qiáng)板、門(mén)鎖加強(qiáng)板等組成,并通過(guò)焊接成一體,車門(mén)需具備足夠的剛強(qiáng)度,以保證車身結(jié)構(gòu)綜合性能的發(fā)揮[2-3],故研究SUV前門(mén)力學(xué)性能,具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

      本文基于有限元法,采用HyperMesh和ABAQUS軟件,對(duì)某乘用SUV前車門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE剛度和抗凹分析,分析結(jié)果顯示,車門(mén)剛度滿足設(shè)計(jì)目標(biāo),綜合評(píng)估該前門(mén)力學(xué)性能滿足要求。

      2 前門(mén)CAE剛度分析

      2.1 前門(mén)系統(tǒng)有限元模型

      本文采用Hyperworks軟件,對(duì)某SUV車型前車門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模,網(wǎng)格尺寸大小5mm,車門(mén)鈑金材料為DC01,DC04系列,其彈性模量E=210000MPa,泊松比0.3,部分附屬件采用一維單元Mass單元模擬,車門(mén)總質(zhì)量為22kg,有限元模型如圖1所示。

      圖1 某SUV前門(mén)FEA模型

      2.2 前門(mén)CAE窗框側(cè)向剛度分析

      本文采用ABAQUS軟件,對(duì)某SUV車型前車門(mén)進(jìn)行了窗框側(cè)向剛度分析,約束車身側(cè)鉸鏈處123自由度,釋放轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,約束鎖扣處的23自由度,載荷分為如下四步加載,Step1:考慮自重;Step2:前后角點(diǎn)施加垂直于窗框密封面的載荷180N;Step3:持續(xù)加載到360N;Step4:卸載。邊界條件如圖2所示。

      圖2 前門(mén)窗框側(cè)向剛度分析邊界條件

      本文按照上述分析加載工況,得到如圖3的分析結(jié)果,匯總分析(表1),車門(mén)前角點(diǎn)在180N工況下,最大位移為5.54mm,卸載后,最大位移為0.06mm,后角點(diǎn)在180N工況下,最大位移為5.37mm,卸載后最大位移為1.14mm,滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      表1 前門(mén)窗框側(cè)向剛度分析結(jié)果表

      2.3 前門(mén)CAE扭轉(zhuǎn)剛度分析

      圖4 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析邊界條件

      本文對(duì)前門(mén)進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度分析,約束車身鉸鏈的全部自由度,同時(shí)約束門(mén)鎖處的Y向和Z向平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,在門(mén)鎖處施加繞X軸扭矩271Nmm/-271Nmm,如圖4。

      本文按照上述條件進(jìn)行了前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析,得到如圖5所示的CAE分析結(jié)果,匯總前門(mén)觀測(cè)點(diǎn)位移值如表2,在扭轉(zhuǎn)271Nm時(shí),測(cè)量點(diǎn)1的Y向位移為-0.07mm,測(cè)量點(diǎn)2的Y向位移為1.808mm,扭矩-271Nm時(shí),測(cè)量點(diǎn)3的Y向位移為0.054mm,測(cè)量點(diǎn)4的Y向位移為-1.888mm,均滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      圖5 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果

      表2 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果表

      3 前門(mén)CAE抗凹分析

      本文對(duì)某SUV車型前門(mén)進(jìn)行了抗凹分析,約束鉸鏈處全自由度,采用直徑D=75mm平圓盤(pán)在前門(mén)外板進(jìn)行抗凹分析,Step1法向施加90N的載荷,Step2法向施加225N載荷,然后卸載,邊界條件如圖6所示。

      圖6 前門(mén)抗凹分析邊界條件

      本文按照上述邊界條件,進(jìn)行了前門(mén)抗凹CAE分析,得到如圖7的分析結(jié)果,獲得各加載節(jié)點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)位移,匯總?cè)绫?,測(cè)量點(diǎn)1和測(cè)量點(diǎn)2的變形量都滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      表3 前門(mén)抗凹分析結(jié)果表

      4 結(jié)論

      本文基于有限元法,采用Hypermesh和ABAQUS軟件,對(duì)某SUV車型前門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE窗臺(tái)線剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和抗凹分析,分析結(jié)果顯示:

      (1)車門(mén)前角點(diǎn)在180N工況下,最大位移為5.54mm,卸載后,最大位移為0.06mm,后角點(diǎn)在180N工況下,最大位移為5.37mm,卸載后最大位移為1.14mm,滿足設(shè)計(jì)目標(biāo);

      (2)車門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度和抗凹性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      綜合上述分析結(jié)果,本文評(píng)估乘用車前車門(mén)力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

      [1] 田國(guó)富.某乘用車車門(mén)靜態(tài)剛度與模態(tài)分析[J].制造業(yè)制度化, 2020(2):16:21.

      [2] 王康.白車身結(jié)構(gòu)的輕量化研究[D].重慶:重慶理工大學(xué),2019.

      [3] 陳鴻宇.某型號(hào)乘用車前車門(mén)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].安徽:安徽理工大學(xué)2019.

      Simulation Study on Mechanical Properties of SUV Front Door Based on Finite Element Method

      Chen Cong

      ( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

      In this paper, based on the finite element method and ABAQUS software, this paper analyzes the CAE anti concave, window frame stiffness and torsional stiffness of a SUV front door system. The analysis results show that the front door frame stiffness, torsional stiffness and anti-concave performance meet the design objectives.

      SUV;Front door;Mechanical performance

      10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.022

      U467

      A

      1671-7988(2021)03-74-03

      U467

      A

      1671-7988(2021)03-74-03

      陳聰,就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心。

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