基于Abaqus的某車型翼子板抗凹性優(yōu)化設(shè)計(jì)

歐陽(yáng)俊珩，江波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于Abaqus的某車型翼子板抗凹性優(yōu)化設(shè)計(jì)

歐陽(yáng)俊珩，江波

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章利用HyperMash作為前處理軟件，對(duì)某車型翼子板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和屬性定義，并利用Abaqus進(jìn)行翼子板抗凹性有限元分析，找出翼子板抗凹性不足點(diǎn)。根據(jù)分析結(jié)果，針對(duì)偏軟區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供優(yōu)化方案。最終解決該車型翼子板抗凹性不達(dá)標(biāo)的情況。

抗凹性；塑性應(yīng)變；仿真分析；殘余變形；Abaqus

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-44-03

前言

在汽車制造領(lǐng)域， 車身外覆蓋件在外部載荷作用下，抵抗凹陷撓曲及局部凹痕變形、保持形狀的能力稱為抗凹性。翼子板作為遮蓋車輪的車身外板，因舊式車身該部件形狀及位置似鳥翼而得名，它的作用是在汽車行駛過程中，防止被車輪卷起的砂石、泥漿濺到車廂的底部。而隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于車輛的細(xì)節(jié)要求也愈加的苛刻。翼子板偏軟不僅影響顧客對(duì)于車輛的主觀評(píng)價(jià)，也帶來NVH性能的不足。

Abaqus是功能強(qiáng)大的有限元分析軟件，使用Newton 算法來求解非線性問題，它把分析過程劃分為一系列的載荷增量步，在每個(gè)增量步內(nèi)進(jìn)行若干次迭代，得到可接受的解后，再求解下一個(gè)增量步，所有增量響應(yīng)的總和就是非線性分析的近似解，即我們分析的輸出結(jié)果。Abaqus不僅可以完成結(jié)構(gòu)分析問題，而且能夠分析熱傳導(dǎo)、聲學(xué)和多物理場(chǎng)，可以處理復(fù)雜的、高度非線性的工程問題。同樣可以高效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、變形、模態(tài)、應(yīng)力、屈曲、動(dòng)力響應(yīng)等問題。針對(duì)非線性問題的求解是其強(qiáng)項(xiàng)。而翼子板的屈曲抗凹分析是典型的非線性分析。

1、抗凹性分析流程

外板抗凹性分析流程如圖2.1所示：

分為三個(gè)階段：前處理、有限元分析求解、后處理。

（1）前處理：主要包括對(duì)分析對(duì)象進(jìn)行有限元網(wǎng)格進(jìn)行劃分、材料定義、屬性定義、部件的連接和載荷的施加等；

（2）有限元分析求解：主要包括有限元模型進(jìn)行單元分析，有限元方程的總體組裝，有限元方程的求解以及獲得有限元結(jié)果等；

（3）后處理：主要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行加工和查看，并以圖形的方式將結(jié)果提供給用戶，輔助用戶判定計(jì)算結(jié)果的合理性。

圖2.1 抗凹性分析流程

2、分析過程

2.1 模型建立

通過CATIA導(dǎo)出翼子板IGS模型數(shù)據(jù)。利用Hypermash前處理軟件劃分網(wǎng)格并定義材料屬性。網(wǎng)格劃分優(yōu)化要求：基本單元尺寸為10mm，控制三角形單元所占的比例小于5%，單元翹曲小于10°。為了模擬實(shí)車裝配情況，翼子板網(wǎng)格模型進(jìn)行約束，將翼子板全部安裝點(diǎn)作為約束點(diǎn)模型約束翼子板安裝點(diǎn)，并施加均布載荷同時(shí)在翼子板表面施加1N的均布載荷，提交Abaqus進(jìn)行靜態(tài)計(jì)算，可確認(rèn)第一個(gè)加載點(diǎn)位置，即把位移最大值的位置作為第一個(gè)加載點(diǎn)。然后保持邊界條件不變，改變載荷設(shè)置和分析類型，在均布載荷下的屈曲分析確認(rèn)下，把前幾階模態(tài)中位移最大的位置作為加載點(diǎn)。通過以上分析確認(rèn)出全部的翼子板屈曲抗凹分析加載點(diǎn)位置。在選取的薄弱點(diǎn)位置加載400N。模型工況示意圖如圖3.1所示。

圖3.1 原始方案

2.2原始方案分析結(jié)果

根據(jù)以上模型工況分析，得出原始方案各薄弱點(diǎn)最大變形、殘余變形和塑性應(yīng)變的分析結(jié)果和位移與載荷曲線圖，結(jié)果如圖3.2和圖3.3所示。

圖3.2 原始方案分析結(jié)果

圖3.3 位移與載荷曲線圖

根據(jù)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)出各位置抗凹剛度、最大變形、殘余變形和塑性應(yīng)變結(jié)果，如表3.1所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，P1、P2、P3、P4、P5點(diǎn)抗凹剛度不滿足目標(biāo)值要求，最大變形全部達(dá)不到目標(biāo)值要求。

表3.1 原始方案分析結(jié)果匯總

3、優(yōu)化方案

3.1 優(yōu)化方案說明

根據(jù)分析結(jié)果顯示，翼子板抗凹性不滿足要求，需進(jìn)行方案優(yōu)化。抗凹性優(yōu)化方案一般有一下幾種方案：

（1）材質(zhì)料厚優(yōu)化：通過提升翼子板材質(zhì)和增加料厚的方法來達(dá)到提升抗凹性的目的。

（2）翼子板內(nèi)部增加支架支撐：通過在焊裝焊接支架并在薄弱點(diǎn)設(shè)計(jì)膨脹膠的方式達(dá)到支撐目的；

（3）翼子板內(nèi)部增加增強(qiáng)墊支撐：增強(qiáng)墊通過涂裝高溫烘烤固化，從而起到提升抗凹性目的。

本案采用第（3）種方案進(jìn)行優(yōu)化分析。通過在P1—P6點(diǎn)增加1.5mm厚的玻纖布增強(qiáng)墊進(jìn)行優(yōu)化分析。優(yōu)化方案模型設(shè)定如圖4.1所示。

圖4.1 優(yōu)化方案

3.2 優(yōu)化方案分析結(jié)果

對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行分析，得出最大變形、殘余變形和塑性應(yīng)變的分析結(jié)果和位移與載荷曲線圖，結(jié)果如圖4.2和圖4.3所示。

圖4.2 優(yōu)化方案分析結(jié)果

圖4.3 優(yōu)化方案位移與載荷曲線圖

根據(jù)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)出各位置抗凹剛度、最大變形、殘余變形和塑性應(yīng)變結(jié)果，如表4.1所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，優(yōu)化方案P1—P6點(diǎn)抗凹剛度以及最大變形得到極大的提升和改善，全部達(dá)到目標(biāo)值要求，改善方案可行。

表4.1 原始方案分析結(jié)果匯總

4、結(jié)論

通過以上分析結(jié)果可以看出，在原方案分析偏軟位置增加增強(qiáng)墊的優(yōu)化方案能有效的解決該車型翼子板抗凹性不足問題。

汽車行業(yè)的快速發(fā)展離不開CAE技術(shù)的應(yīng)用，它使許多復(fù)雜的工程問題通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬得到滿意的解答。CAE使大量繁雜的工程問題簡(jiǎn)單化，從而節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間，降低了開發(fā)成本。尤其CAE和優(yōu)化技術(shù)的結(jié)合，大大提高了產(chǎn)品的性能。這也為汽車設(shè)計(jì)方案的制定和驗(yàn)證提供了行之有效的解決方法。

[1] 李石. 轎車屈曲抗凹性能分析及優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（增刊）,2009,32：18-21.

[2] 王志亮,劉波等. 汽車大板件抗凹性分析方法研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2008,12（6）：138-139.

[3] 務(wù)運(yùn)興,基于Abaqus 的前車門屈曲抗凹性分析[C]//Abaqus2010中國(guó)區(qū)用戶論文集,2010.

Optimization Design of Fender Dent Resistance For a Certain Type of Vehicle Based on Abaqus

Ouyang Junheng, Jiang Bo
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

In this paper, HyperMash is used as the pre-processing software, the mesh and the property definition of a certain type of fender are analyzed, and the finite element analysis of the fender is carried out by using Abaqus. According to the analysis results, the optimization design is made for the soft zone, and the optimization scheme is provided. Finally solve the problem of the model car fender dent is not up to standard.

Dent Resistance; Plastic Strain; Simulation Analysis; Residulal Displacement; Abaqus

U462.1

A

1671-7988 (2017)10-44-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.016

歐陽(yáng)俊珩，男，車體設(shè)計(jì)工程師，就職安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。