某多功能商務(wù)車翼子板屈曲抗凹優(yōu)化設(shè)計(jì)

李杰，劉木英，陳曉春

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心乘用車車體設(shè)計(jì)部,安徽合肥 230601)

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某多功能商務(wù)車翼子板屈曲抗凹優(yōu)化設(shè)計(jì)

李杰，劉木英，陳曉春

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心乘用車車體設(shè)計(jì)部,安徽合肥 230601)

主要針對(duì)某款多功能商務(wù)車型翼子板屈曲抗凹性能不滿足要求，重點(diǎn)介紹了一種加強(qiáng)方案和計(jì)算機(jī)輔助分析結(jié)果；同時(shí)簡(jiǎn)析了影響翼子板屈曲抗凹性能的工藝因素，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該從多方面查找翼子板屈曲抗凹性能差的原因并提出整改方案。

翼子板；屈曲抗凹性能；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0　引言

屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷。汽車車身外覆蓋件承受外部載荷作用時(shí)抵抗凹陷變形及局部凹痕變形、保持形狀的能力稱為抗凹性，抗凹性是評(píng)價(jià)和反映覆蓋件表面質(zhì)量和使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)和特性。

車身外覆蓋件如翼子板，通常尺寸較大，型面較為光順，帶曲率且有一定的預(yù)變形，并且因?yàn)橐碜影宓奈恢锰厥庑?，使用過程中常常會(huì)受到外載荷的作用。如人為的觸摸按壓，靜載荷以及行進(jìn)過程中的振動(dòng)、風(fēng)阻等動(dòng)載荷，這些載荷往往會(huì)使翼子板形狀發(fā)生凹陷撓曲甚至產(chǎn)生局部永久凹痕。

前期的屈曲抗凹性評(píng)價(jià)大多是基于試驗(yàn)完成的，隨著有限元數(shù)值模擬技術(shù)在外覆蓋件屈曲抗凹性分析中的不斷完善，通過數(shù)值模擬板材在靜、動(dòng)態(tài)凹陷情況下的抗凹性能，對(duì)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)板材的抗凹性具有直接的指導(dǎo)意義。

除了設(shè)計(jì)因素，往往工藝因素也是影響翼子板屈曲抗凹性能的重要因素，實(shí)際問題中不容忽視。

1　某多功能商務(wù)車型翼子板介紹

圖1所示深色區(qū)域?yàn)橐碜影逶谡囍械奈恢谩?/p>

翼子板安裝點(diǎn)如圖2所示，翼子板與車身之間有A-K共計(jì)11個(gè)安裝連接點(diǎn)。

2　翼子板屈曲抗凹性有限元分析簡(jiǎn)介

文中主要考察翼子板靜態(tài)屈曲抗凹性能。

翼子板靜態(tài)抗凹性能原理簡(jiǎn)述：根據(jù)凹陷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，主要通過3個(gè)指標(biāo)檢測(cè)翼子板的抗凹陷性能：(1)載荷達(dá)到最大時(shí)，相應(yīng)的外板上作用點(diǎn)的位移量應(yīng)小于10 mm；(2)當(dāng)載荷加載到400 N并卸載以后，翼子板不應(yīng)有肉眼能明顯看到的凹陷產(chǎn)生，即外板不能發(fā)生較大的塑性變形，按照量化標(biāo)準(zhǔn)可定為塑性變形小于2%；(3)用載荷力-位移量圖表計(jì)算不穩(wěn)定范圍，一般失穩(wěn)范圍小于5 mm。

失穩(wěn)范圍定義為：加載過程中第一條曲線的剛度斜率發(fā)生變化的最大載荷力點(diǎn)(A)與第二條曲線剛開始時(shí)測(cè)得的最小載荷力點(diǎn)(B)之間的區(qū)域范圍(位移量)。當(dāng)點(diǎn)B與點(diǎn)A之間位移量小于5 mm時(shí)，即認(rèn)為滿足抗凹性要求；如果加載過程中只出現(xiàn)一條曲線時(shí)，也認(rèn)為滿足抗凹性要求。如圖3所示。

通過以上標(biāo)準(zhǔn)，可以提取出抗凹性分析的標(biāo)準(zhǔn)：最大位移小于10 mm，塑性變形小于2%，失穩(wěn)區(qū)域小于5 mm，殘余變形小于0.5 mm。

3　翼子板屈曲抗凹性能現(xiàn)狀

通過施加平均載荷計(jì)算模態(tài)的方法進(jìn)行翼子板薄弱位置的確定，然后在薄弱位置施加撞擊塊，該車型翼子板施加撞擊塊位置如圖2中P1～P4所示。

翼子板抗凹陷性能的有限元分析結(jié)果如表1所示。

表1　原方案翼子板抗凹性能分析結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果可知：P3處最大變形不滿足要求，P1處最大變形安全系數(shù)較低；而P2、P3、P4三處殘余變形均不滿足要求(<0.5)。

由于翼子板造型特殊性，翼子板材質(zhì)一般使用更加易于沖壓的DC06鍍鋅板；另外，翼子板屬于外造型件，造型凍結(jié)后一般不允許變動(dòng)。所以無法從提高材質(zhì)以及改變形狀兩個(gè)方面增加翼子板的屈曲抗凹性能。

4　翼子板屈曲抗凹性能優(yōu)化方案

根據(jù)分析可知，翼子板抗凹性能較差的位置一般在型面較為平順無各種特征處，考慮采取增加增強(qiáng)墊的方式提高翼子板的抗凹性能。根據(jù)CAE分析結(jié)果和翼子板型面情況，增加增強(qiáng)墊位置如圖4所示。

增強(qiáng)墊規(guī)格為180 mm×120 mm×3 mm，增強(qiáng)墊密度為1.3 g/cm3。

5　翼子板屈曲抗凹性能優(yōu)化方案分析結(jié)果

根據(jù)翼子板靜態(tài)抗凹性能原理，對(duì)優(yōu)化后方案進(jìn)行CAE分析，同樣加載在P1、P2、P3、P44個(gè)點(diǎn)位置，分析結(jié)果如圖5—8所示。

根據(jù)分析結(jié)果(表2)可知：優(yōu)化后點(diǎn)P1、P3、P4的殘余變形均滿足目標(biāo)值，點(diǎn)P2的殘余變形不滿足要求，但是與目標(biāo)值很接近；有無增強(qiáng)墊對(duì)優(yōu)化后方案的點(diǎn)P3、P4最大變形和殘余變形影響較大。綜合比較以上數(shù)據(jù)：增加的3塊增強(qiáng)墊有效地提高了翼子板的屈曲抗凹性能。

表2　優(yōu)化方案翼子板抗凹性能分析結(jié)果

6　影響翼子板屈曲抗凹性能的原因總結(jié)

實(shí)際生產(chǎn)中影響翼子板屈曲抗凹性能除了設(shè)計(jì)原因，工藝原因也是不容忽視的一部分。設(shè)計(jì)原因主要有：

(1)大多翼子板型面過于平順，型面上無加強(qiáng)筋等特征來提高翼子板抵抗外力作用下變形的能力；

(2)料厚不足，材質(zhì)強(qiáng)度較低。翼子板的工藝成型較為復(fù)雜，翼子板沖壓所使用的板材一般為低碳鋼普板，易于拉延成型；同時(shí)翼子板作為外覆蓋件，并不承擔(dān)整車所受的力，屬于車身上的非結(jié)構(gòu)件，處于減重節(jié)能目的，翼子板料厚一般設(shè)計(jì)為0.7 mm或者0.8 mm。這兩個(gè)原因也是影響翼子板屈曲抗凹性能的重要因素；

(3)翼子板安裝點(diǎn)布置不合理。翼子板安裝點(diǎn)的設(shè)計(jì)很重要，除了滿足整車外觀間隙面差的要求，還要滿足翼子板自身的穩(wěn)定型需求；

(4)適當(dāng)?shù)卦黾又蚊芏?。支撐密度是影響翼子板抗凹性能的重要因素之一，結(jié)合輕量化、安全性等其他車身性能需求，適當(dāng)增加支撐密度是提升翼子板整體抗凹性的重要方法。

工藝原因主要有合理的模具壓邊力。壓邊力是影響翼子板屈曲抗凹性能的工藝因素之一，增大壓邊力，可以減少回彈量，增大板材的拉伸量，使板材的內(nèi)張力增大，從而間接提高了翼子板的承載能力。

7　結(jié)論

一般通過提高料厚或者增加增強(qiáng)墊來提高車身上翼子板的屈曲抗凹性能是周期最短、成本最低的方案。在此車型翼子板上，如果通過增加料厚來提高翼子板屈曲抗凹性能(料厚由0.7 mm提高至0.8 mm)，則質(zhì)量增加0.42 kg；通過增加增強(qiáng)墊的方式質(zhì)量增加0.28 kg，從減重考慮，增強(qiáng)墊是更優(yōu)的選擇方案。

【1】夏長(zhǎng)高.汽車車身結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

【2】范子杰.汽車車身CAE基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

【3】黃金陵.汽車外覆蓋件設(shè)計(jì)[J].含能材料,2008,16(2):233-237.

Optimization Design of Buckling Concave-resistance of Fender of Multifunctional Commercial Vehicles

LI Jie, LIU Muying, CHEN Xiaochun

(Research & Development Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Hefei Anhui 230601, China)

It was aimed at a kind of multifunctional commercial vehicles fender which buckling concave-resistance performance did not meet the requirements. A kind of strengthening scheme and computer aided analysis results were mainly introduced. At the same time, the process factors influencing the fender buckling concave-resistance performance were introduced. In real production process, it should be found the reasons of poor fender buckling concave-resistance performance from many sides, then improvement scheme should be put forward.

Fender; Buckling concave-resistance performance; Optimization design

2016-05-17

李杰(1988—)，男，學(xué)士，助理工程師，從事車體設(shè)計(jì)工作。E-mail：jff103120@163.com。

U270.1+2

A

1674-1986(2016)07-034-04