基于剛度的某微車滑移門內(nèi)板形狀優(yōu)化

【摘要】本文針對某微型車滑移門出現(xiàn)的缺陷，對該滑移門進行剛度上的分析研究。通過CAE分析來校核該微型車滑移門內(nèi)板形狀的各設(shè)計方案是否滿足其剛度需求，并提出相應(yīng)的形狀優(yōu)化方案，從結(jié)構(gòu)和形狀上優(yōu)化來提高滑移門內(nèi)板及車門總成的剛度。

【關(guān)鍵詞】剛度；滑移門內(nèi)板；結(jié)構(gòu)；形狀；優(yōu)化

一、問題描述

微型車車門滑移門上承載著各種功能零件，任何功能件的失效都將可能導(dǎo)致車門的正常使用，因此對滑移門本體的剛度提出了很高的要求，而滑移門總成的強度往往由滑移門內(nèi)板的強度所決定。某微車滑移門常出現(xiàn)玻璃升降器手柄功能失效，滑動受阻，車門下垂等缺陷，除去各部件本身功能問題，懷疑是車門剛度不足。因此，對該滑移門進行剛度上的分析研究。

二、滑移門剛度計算

對車門進行了四個方面的工況分析，分別給了相應(yīng)的約束和加載方式。對于垂直剛度，給了鎖芯位置Y向平動自由度和門鉸鏈中心6個自由度，鎖心位置加垂直向下1200N；上扭剛度，給了鎖心位置X，Y，Z向平動自由度，窗下角加Y方向1200N；下扭剛度，給了門鉸鏈中心6個自由度，門下角加Y方向1200N；窗框剛度，給了鎖心位置6個自由度和門鉸鏈中心6個自由度，窗上角加Y方向800N。計算出了某微車型的滑移門總成的各種剛度值：垂直剛度的設(shè)計目標(biāo)值為5.0mm，計算結(jié)果為8.3mm；上扭剛度設(shè)計目標(biāo)值為2.0mm，計算結(jié)果為1.5mm；下扭剛度設(shè)計目標(biāo)值為4.0mm，計算結(jié)果為2.1mm；窗框剛度設(shè)計目標(biāo)值分別為8.0mm、8.0mm、16.0mm、16.0mm，而計算結(jié)果對應(yīng)的分別為6.3mm、5.7mm、13.3mm、10.7mm。

從計算結(jié)果看，目前該滑移門車門總成的垂直剛度計算結(jié)果大于設(shè)計目標(biāo)值，無法滿足剛度需求。經(jīng)過對內(nèi)板封板區(qū)域分析，認(rèn)為內(nèi)板封板區(qū)域的剛度不足是造成垂直剛度不足的主要原因。

為減少CAE的分析工作量，在對其車門內(nèi)板的改進過程中，我們使用設(shè)定評價車門總成的內(nèi)飾板區(qū)域剛度的方法。該方法的約束設(shè)定是約束好整個車門總成的包邊周圈，加載方式是在玻璃升降器手柄操作的位置施加Y向200N的力。該區(qū)域的剛度可以通過CAE測量其車門內(nèi)板區(qū)域在該加載方式下的最大位移值和施力點位移值來判定。

三、滑移門車門內(nèi)板的優(yōu)化設(shè)計

1.滑移門內(nèi)板結(jié)構(gòu)的原始方案

將200N的Y向力加載在其內(nèi)板的玻璃升降器手柄位置?；崎T初始方案的內(nèi)板變形情況為：內(nèi)板最大位移6.296mm，內(nèi)板最大位移目標(biāo)值3mm，加載點位移4.796mm，加載點位移目標(biāo)值1.5mm。

通過分析加載載荷后的變形數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)將Y向200N的力施加在玻璃升降器搖柄安裝位置時，內(nèi)板的最大位移為6.296mm，加載點的位移為4.796mm，兩者位移都大于目標(biāo)值，說明其車門總成的剛度無法滿足要求。

2.首次優(yōu)化方案

考慮到內(nèi)板位移較大，我們對左側(cè)的1個工藝安裝孔和右側(cè)的2個工藝安裝孔的尺寸進行縮減，同時為增加剛度，在左側(cè)工藝安裝孔的周邊進行增加沉邊的工藝處理，在右下側(cè)的工藝安裝孔增加3邊的沉邊。

對以上首次的優(yōu)化方案的結(jié)果進行CAE分析，得出首次優(yōu)化后的內(nèi)板變形情況：車門初始方案中，內(nèi)板最大位移目標(biāo)值3mm，實際內(nèi)板最大位移6.296mm；加載點位移目標(biāo)值1.5mm，實際加載點位移4.796mm。首次優(yōu)化方案中，實際內(nèi)板最大位移4.059mm，實際加載點位移3.129mm。

通過對車門內(nèi)板的形狀進行優(yōu)化后，車門總成的剛性有了明顯的提高。但是從內(nèi)板最大位移和加載點位移的數(shù)據(jù)上看，內(nèi)板最大位移改善較為明顯，而加載點的位移仍然較大，還需要對其內(nèi)板的結(jié)構(gòu)形狀進一步優(yōu)化。

3.再次優(yōu)化方案

（1）縮減尺寸：減小右下側(cè)的安裝工藝孔的尺寸；（2）增加沉邊：在右下側(cè)的安裝工藝孔周邊增加一圈沉邊，在右上側(cè)的安裝工藝孔周邊盡可能的增加了一些沉邊。

對再次優(yōu)化結(jié)果進行CAE剛度分析，從內(nèi)板最大位移和加載點位移的變形數(shù)據(jù)可以看出，車門內(nèi)板最大位移由4.059mm變?yōu)?.424mm，加載點位移由3.129mm縮小至1.55mm。車門內(nèi)板上的最大位移值和加載點的位移值又再次得到改善，并且也都達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，由此可見，再次優(yōu)化后的結(jié)果基本滿足了設(shè)定的設(shè)計要求。

四、標(biāo)準(zhǔn)剛度驗算

在進行完內(nèi)板的形狀結(jié)構(gòu)的最終優(yōu)化后，我們還需要根據(jù)上面最后一次的優(yōu)化結(jié)果，對該微車滑移門的各種標(biāo)準(zhǔn)剛度要求進行校核，即對車門三種剛度計算工況的變形情況：垂直剛度3.4mm，上扭剛度1.2mm，下扭剛度2.5mm，窗框剛度4.9mm、2.6mm、8.5mm、7.3mm。

從校核的結(jié)果看，通過減小車門內(nèi)板的安裝工藝孔尺寸、增加工藝孔的沉邊等措施對車內(nèi)內(nèi)板的封板區(qū)域進行結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化后，車門總成均達(dá)到了設(shè)定的設(shè)計目標(biāo)值，滿足了設(shè)計的要求和修改的需要。

參考文獻

[1]萬德安，趙建才.轎車車門剛度有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 汽車工程.2001年（第23卷）第六期 .

[2]谷正氣.轎車車身.人民交通出版社.2002

[3]K.J.巴斯，工程分析中的有限元法，機械工業(yè)出版社，北京，1991

作者簡介

張艷（1979-07），男，安徽宿州人，碩士，助工，柳州乘龍專用車有限公司，從事專用車技術(shù)研發(fā)工作。

楊琳（1980-05），女，廣西柳州人，碩士，講師，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系教師，主要從事汽車專業(yè)的教學(xué)與管理方面的工作。