某純電動(dòng)汽車后背門的抗凹分析和試驗(yàn)研究

陳健，董華東

(奇瑞新能源汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241000)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)近年來(lái)的飛速發(fā)展，人們?cè)谖镔|(zhì)生活上得到一定保障的同時(shí)，對(duì)于車輛的駕駛性能需求也不斷提高，包括駕駛穩(wěn)定性、安全性及舒適的駕駛感受等。后背門是汽車上重要的一個(gè)閉合件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲面較多，同時(shí)后背門也是車門分成系統(tǒng)中尺寸最大的，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性對(duì)汽車性能影響至關(guān)重要[1-3]。所以文中根據(jù)汽車零件的設(shè)計(jì)要求需要分析研究其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，后背門不僅保證乘車員隔音隔熱，還能保證其駕駛的舒適性與安全性[4-5]。

背門的抗凹性能分析是汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中一項(xiàng)重要的驗(yàn)證步驟。本文作者利用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)某款純電動(dòng)汽車的后背門作為研究對(duì)象，建立后背門抗凹有限元分析模型，對(duì)后背門的抗凹性能進(jìn)行分析，同時(shí)也在后期進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)抗凹試驗(yàn)驗(yàn)證，并進(jìn)行抗凹的試驗(yàn)對(duì)標(biāo)，保證其仿真結(jié)果的可靠性和有效性。

1 汽車后背門抗凹分析

1.1 建立模型

根據(jù)車身部門提供的后背門數(shù)據(jù)模型，利用Hypermesh前處理工具對(duì)后背門數(shù)據(jù)模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，前處理后的網(wǎng)格模型如圖1所示，該模型包括后背門內(nèi)外板、鉸鏈和鎖扣，后背門有限元模型總成采用S3R、S4R單元，鉸鏈采用B31單元，網(wǎng)格基本尺寸為5 mm，模型總質(zhì)量13.12 kg。網(wǎng)格尺寸根據(jù)車門通用建模規(guī)范取5 mm左右。

圖1 后背門CAE模型

1.2 材料參數(shù)

后背門CAE分析模型的材料由PP+EPDM-T30、PP-LGF40及玻璃組成，具體參數(shù)見(jiàn)表1[6]。

表1 后背門材料參數(shù)

1.3 分析工況

根據(jù)公司的汽車后背門分析規(guī)范得出其分析工況如圖2所示，鉸鏈安裝孔及鎖扣中心處約束123456，緩沖塊處約束3。

圖2 抗凹分析加載工況

采用直徑為80 mm的橡膠壓頭，每個(gè)考察點(diǎn)作為一個(gè)獨(dú)立工況進(jìn)行抗凹分析，在壓頭加載點(diǎn)處施加200 N壓力。

1.4 計(jì)算結(jié)果與分析

文中的抗凹分析選取了后背門的8個(gè)關(guān)鍵薄弱點(diǎn)作為主要分析對(duì)象，如圖3所示。通過(guò)ABAQUS分析軟件計(jì)算得出最終的分析結(jié)果，而后在Hyperview軟件中進(jìn)行結(jié)果后處理得到最終的關(guān)鍵點(diǎn)的位移云圖和壓頭的載荷位移曲線，其分析結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖3 后背門抗凹測(cè)試

圖4 關(guān)鍵點(diǎn)位移云圖

圖5 關(guān)鍵點(diǎn)壓頭載荷位移曲線

根據(jù)公司的后背門抗凹分析規(guī)范，規(guī)定目標(biāo)值為10 mm。從唯一云圖可以看出在后背門關(guān)鍵點(diǎn)5、6、7、8的最大位移小于目標(biāo)值，而關(guān)鍵點(diǎn)1、2、3、4的最大位移略微大于目標(biāo)值。由于文中分析的后背門主要材料為塑料件，所以殘余變形量基本為0，不作為評(píng)價(jià)抗凹性能要求的標(biāo)準(zhǔn)。

2 抗凹試驗(yàn)結(jié)果分析與對(duì)比

文中抗凹試驗(yàn)過(guò)程只用到后背門，試驗(yàn)工況與仿真工況基本相同，約束方式也與仿真過(guò)程中約束相同，采用壓頭仍然為80 mm橡膠壓頭，如圖6所示。測(cè)量外板的關(guān)鍵點(diǎn)的最大位移，力的加載方向垂直于外板表面。

圖6 橡膠壓頭

表2為最大變形量試驗(yàn)與仿真對(duì)比分析。

表2 最大變形量試驗(yàn)與仿真對(duì)比分析

根據(jù)抗凹試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)整理后與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出試驗(yàn)值基本符合抗凹變形量目標(biāo)值要求。前4個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)值要比仿真值整體小，可能是因?yàn)椴牧蠀?shù)導(dǎo)致，往往試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟牧蠌椥阅Ａ亢兔芏容^低，同時(shí)試驗(yàn)加載方向由試驗(yàn)員肉眼和經(jīng)驗(yàn)觀察所得，也可能導(dǎo)致一定的誤差，另外試驗(yàn)儀器存在一些測(cè)量誤差也會(huì)使試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的差異。通過(guò)對(duì)比分析試驗(yàn)值和仿真值，得出誤差在20%以內(nèi)，抗凹CAE分析模型可靠有效。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)原后背門抗凹CAE模型仿真分析后得到結(jié)果基本符合預(yù)期目標(biāo)值。

(2)根據(jù)試驗(yàn)和CAE的分析對(duì)比可知，試驗(yàn)值基本符合目標(biāo)值，同時(shí)誤差值基本在20%以內(nèi)，驗(yàn)證了抗凹CAE模型的可靠性。

(3)仿真分析模型與抗凹試驗(yàn)結(jié)果有較高的吻合度，使得在后續(xù)的開(kāi)發(fā)中對(duì)抗凹仿真分析結(jié)果有足夠的可信度。