汽車發(fā)動機蓋抗凹性的研究與應(yīng)用

張建偉，柴志，楊邦安

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

汽車發(fā)動機蓋抗凹性的研究與應(yīng)用

張建偉，柴志，楊邦安

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

某車型發(fā)動機蓋抗凹性不足。本文對抗凹性的原理進行分析，并提出了改進建議，對發(fā)動機蓋設(shè)計有較好的指導(dǎo)建議。

發(fā)動機蓋；抗凹性

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-18-03

引言

發(fā)動機蓋抗凹性是評價外觀質(zhì)量和使用性能的重要指標(biāo)，直接影響到顧客的感官品質(zhì)。在節(jié)油大背景的前提下要求發(fā)動機蓋越來越輕。在整車成本的壓力下，要求發(fā)動機蓋采用最低價格方案。在行人保護要求下，要求發(fā)動機蓋越軟越好。發(fā)動機蓋滿足成本、輕量化、行人保護等的前提下達到屈曲抗凹要求。

某自主品牌車型，發(fā)動機蓋抗凹性滿足CAE分析要求，但對發(fā)動機蓋實物進行驗證，結(jié)果表明發(fā)動機蓋抗凹性不滿足設(shè)計要求，本文梳理影響發(fā)動機蓋抗凹的因素。重點分析發(fā)動機蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計對外板抗凹性的影響。對CAE分析方法進行優(yōu)化和驗證，為后續(xù)新車型的設(shè)計提供經(jīng)驗參考。

1、影響發(fā)動機蓋抗凹性的相關(guān)因素

發(fā)動機蓋是較大的外覆蓋件，結(jié)構(gòu)包括外板、內(nèi)板、外板支撐板、鎖扣加強板、鉸鏈加強板等結(jié)構(gòu)，需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計達到外板的抗凹性，影響發(fā)動機蓋抗凹性的主要因素有：

a.外板料厚，料厚變化影響抗凹性。增加料厚，提高抗凹性，降低料厚，反之；

b.外板材料，鋼材等級和鋼材材質(zhì)變化直接影響抗凹性；

c.外板特征，特征線和沖壓特征可以提高區(qū)部剛度；

d.內(nèi)部支撐點，即增加內(nèi)板與外板支撐板對外板的支撐點；

e.增強墊，外板內(nèi)表面增加增強墊，提高局部抗凹性；

f.外板拉延充分性。

在上述影響外板抗凹性因素中，考慮到成本、工藝、重量、造型等原因，通過對內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化，提高對外板支撐最具可行性。

2、發(fā)動機蓋抗凹性問題分析

2.1 抗凹性標(biāo)準(zhǔn)和分析設(shè)定

當(dāng)前采用的CAE分析目標(biāo)，詳見表1。

表1 抗凹性標(biāo)準(zhǔn)

a）根據(jù)車型定位和發(fā)動機蓋的面積分析，發(fā)動機蓋外板材料定義為DC04，厚度定義為0.65mm，外板特征服從整車造型風(fēng)格不做優(yōu)化；

b）不采用內(nèi)貼增強墊方案，降低成本；

c）根據(jù)車型定位和發(fā)動機蓋的面積分析，發(fā)動機蓋內(nèi)板材料定義為DC04，厚度定義為0.65mm，通過內(nèi)板優(yōu)化，提高對外板的支撐作用。

2.2 實車臺架試驗

發(fā)動機蓋實物進行臺架測試，見圖1，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機蓋抗凹性不滿足設(shè)計要求，具體表現(xiàn)：

a. 測試位置最大變形量超過10mm;

b. 存在油罐效應(yīng)，即按壓后不能回彈。測試結(jié)果顯示CAE分析不能充分反映實物狀態(tài)，一旦在實物驗證階段發(fā)現(xiàn)抗凹性不足的問題，會投入大量的人力物力對問題進行閉環(huán)，導(dǎo)致了成本和項目計劃的延后，影響新車項目進度。因此需要對CAE分析方法的進行優(yōu)化。

2.3 當(dāng)前CAE分析方法

發(fā)動機蓋的約束如圖3所示；通過施加均布載荷進行靜力分析和計算屈曲模態(tài)的方法確定發(fā)動機蓋的薄弱位置，然后在薄弱位置施加75mm撞擊塊，用400N的垂直力進行撞擊，加載位置如圖3所示。由于發(fā)動機蓋結(jié)構(gòu)具有左右對稱性，因此分析僅取一側(cè)進行考察。

提取各個加載點的載荷和位移數(shù)據(jù)，繪制載荷-位移曲線圖，便直觀衡量引擎蓋不同位置的屈曲抗凹性能，曲線如圖4所示，并對分析結(jié)果匯總，見表2。

表2 分析結(jié)果匯總

2.4 CAE分析方法的優(yōu)化

當(dāng)前CAE分析方法與實物狀態(tài)存在一定差距，因此對分析方法進行優(yōu)化，發(fā)動機蓋的約束方法不變。

a）區(qū)域選取

CAE分析選取薄弱點時，除去均布載荷進行靜力分析和計算屈曲模態(tài)的方法選取外，需要增加內(nèi)部涂膠支撐風(fēng)險點進行CAE分析，杜絕CAE自動選取薄弱點存在的誤差和風(fēng)險。分析方法不變。

根據(jù)實物測試結(jié)果和工程師經(jīng)驗，增加內(nèi)部支撐薄弱區(qū)

域CAE分析，見圖5，必要時對整個發(fā)動機蓋劃分網(wǎng)格，全面做CAE分析。

b）撞擊塊重新定義

為滿足顧客對車輛感官品質(zhì)的要求，對撞擊塊進行合理定義，增加了手部模型撞擊塊。

表3 撞擊塊

2.5 方案分析和實物驗證

根據(jù)優(yōu)化的CAE分析方法，對發(fā)動機蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，選取的內(nèi)板設(shè)計方案均滿足行人保護、剛度、模態(tài)等性能，并通過樣件對CAE抗凹性分析進行驗證。

表2 內(nèi)板方案

經(jīng)過CAE分析和對比試驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)板涂膠點合理的分布設(shè)計對發(fā)動機蓋外部具有良好的支撐效果，見圖6。

CAE分析結(jié)果與實物測試比例修正

CAE分析結(jié)果 = μ·實物測試結(jié)果

其中，μ值經(jīng)過大量測試和車型積累，并根據(jù)每個主機廠要求有所不同。

3、總結(jié)結(jié)論

通過上述分析，明確了發(fā)動機蓋內(nèi)板對外板支撐的重要作用，合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計可以提高外板的抗凹性。因此建議在數(shù)據(jù)設(shè)計階段充分考慮發(fā)動機蓋抗凹性。相當(dāng)于將試驗驗證和市場評價階段的風(fēng)險提前到數(shù)據(jù)設(shè)計和CAE分析階段，避免因抗凹性不足引起的設(shè)計變更、成本增加和項目進展拖后。

某自主品牌車型因內(nèi)板支撐點設(shè)計存在缺陷，且CAE不能正確模擬實際發(fā)動機蓋抗凹性能，考慮到內(nèi)板設(shè)計變更高昂的模具成本和設(shè)計周期，采用外板內(nèi)部增加增強墊的方案解決抗凹性不足的問題，導(dǎo)致了單車成本增加。

對發(fā)動機蓋CAE分析與實物驗證的結(jié)果進行比例修正，提高了理論分析的準(zhǔn)確性。

[1] 虞敬文,李濤,李金洪.發(fā)動機蓋變形研究,2012,制造業(yè)信息化.

[2] 肖介平.轎車發(fā)動機蓋抗凹性分析.

[3] 付爭春,胡平,劉海鵬.外覆蓋件抗凹性能的模擬仿真研究,2008,塑性工程學(xué)報.

[4] 王法峰, 趙濤,趙淮北,李輝.車身外覆蓋件抗凹性能系統(tǒng)提升的路徑,2014,金屬加工.

The Researching and Application of BIW Panel Denting on Vehicle Hood

Zhang Jianwei, Chai Zhi, Yang Bangan
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Technology Center, Anhui Hefei 230601)

BIW panel denting of the vehicle hood is not meet target.In this paper, by analyzing the matter of BIW panel denting, and giving the melioration suggestion, which is prodound for the hood design.

hood BIW； panel denting

U463.8

A

1671-7988(2014)12-18-03

張建偉，工程師，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心，主要從事開閉件的設(shè)計和研發(fā)工作。