李屹峰，姜偉民

汽車風(fēng)擋玻璃安裝變形的CAE建模研究

李屹峰，姜偉民

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201206）

汽車風(fēng)擋玻璃作為重要的外飾功能零件，其周邊的尺寸匹配是評價整車外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)。風(fēng)擋玻璃在安裝過程中受拍擊易產(chǎn)生變形，進(jìn)而影響玻璃與周邊零件外觀尺寸配合質(zhì)量。文章介紹了用CAE軟件仿真后舉門玻璃安裝變形情況；通過研究安裝過程中的拍擊力（動載）轉(zhuǎn)化為CAE 模型特定位置等效持續(xù)力（靜載）的方法，建立了風(fēng)擋玻璃受力CAE模型，從而實現(xiàn)了在設(shè)計階段辨識問題，提前規(guī)避，減小變形帶來尺寸匹配問題風(fēng)險。

風(fēng)擋玻璃；安裝工藝；CAE分析；變形量

前言

隨著中國汽車消費市場的日趨成熟，整車的配合質(zhì)量逐漸成為消費者關(guān)注的重點；同時，整車從設(shè)計到完成批量生產(chǎn)的時間被大量壓縮，許多影響配合質(zhì)量的設(shè)計問題往往需要等到樣車試制階段才能被發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而產(chǎn)生高昂的模具更改費用。汽車擋風(fēng)玻璃作為重要的外飾功能零件，其周邊的尺寸匹配是評價整車外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)。目前在國內(nèi)多數(shù)主機(jī)廠內(nèi)，風(fēng)擋玻璃采用更為精益的人工安裝方式（圖1），其在安裝過程中受拍擊易產(chǎn)生變形，進(jìn)而影響玻璃與周邊零件外觀尺寸配合質(zhì)量。這種變形在前期的數(shù)模虛擬評估階段用常規(guī)方法難以識別。目前針對汽車零件的CAE仿真主要集中在功能性和安全性方面：臧孟炎等人[1]應(yīng)用試驗和數(shù)值仿真方法對汽車玻璃的靜態(tài)特性和破壞機(jī)理進(jìn)行了研究。馮鈺濤[2]通過CAD/CAE對尾燈設(shè)計制造進(jìn)行模擬仿真，改進(jìn)了車燈制造中的凝霧現(xiàn)象。本文引入CAE仿真方法，提前識別汽車零部件的尺寸變形，可以節(jié)省大量的時間與開發(fā)費用。

1 研究方法說明

本次研究對象為安裝在后舉門上的風(fēng)擋玻璃，后風(fēng)擋玻璃通常使用背部均勻分布的橡膠墊塊作為其面向支撐（圖2）。根據(jù)實際的項目經(jīng)驗，墊塊的數(shù)量和位置分布合理性直接決定了玻璃受拍擊變形的大小。

圖1 人工安裝玻璃工藝

圖2 后檔玻璃墊塊分布

本次研究的方法流程如下所示：

圖3 研究方法流程圖

2 實物驗證后檔玻璃拍擊變形量

在整車集成檢具TAC（Total Checking Fixture）上進(jìn)行實物后擋玻璃拍擊變形驗證。首先，將后擋按照實際定位方式安裝至TAC上，不拍擊，測量后風(fēng)擋與后舉門鈑金間隙值，測點位置如圖4（a）所示。然后參考總裝安裝方式，使用約100N力在圖4（b）位置拍擊后風(fēng)擋后，再次測量測點處間隙值。兩次量間隙值的差值即為實物驗證的玻璃拍擊變形量。實物驗證數(shù)據(jù)如表1所示。

圖4 實物驗證

表1 后風(fēng)擋玻璃變形實物驗證數(shù)據(jù)

3 CAE模型的建立與調(diào)整

根據(jù)玻璃的實際定位方式建立約束，在圖4（b）所示拍擊位置輸入預(yù)估拍擊力荷載為0N（無拍擊），20N，40N，60N，方向為垂直于后風(fēng)擋玻璃向整車方向向前（持續(xù)力），輸出不同荷載下測點處變形量（取Z向值，與TAC測量方向相同）。圖5顯示了在不同拍擊力荷載情況下玻璃變形的點云圖，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

圖5 CAE模擬不同拍擊力荷載下后檔玻璃變形點云圖

表2 CAE模擬不同拍擊力荷載下后檔玻璃變形數(shù)據(jù)

三組拍擊力荷載輸出變形量結(jié)果與實物變形量對比，最終選擇最符合現(xiàn)場實際變形量的荷載參數(shù)為40N，如表3所示，以此為荷載輸入運(yùn)用于其它項目CAE分析。

表3 CAE模擬變形量與實物變形量對比

4 CAE模型的驗證

在后擋玻璃原有6個橡膠墊塊的基準(zhǔn)上，再增加4個墊塊，如圖6所示，作為變形的補(bǔ)償方案。利用實物試驗和CAE模型對比補(bǔ)償后變形量，同時驗證CAE模型的可靠性。數(shù)據(jù)如表4所示：荷載為40N的CAE模型與實物試驗結(jié)果數(shù)據(jù)吻合度較好。在后續(xù)的實踐中，研究團(tuán)隊已將此模型應(yīng)用于多款車型的驗證中，均得到了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

圖6 補(bǔ)償方案示意

表4 CAE模型的驗證數(shù)據(jù)結(jié)果

5 結(jié)論

通過實物驗證結(jié)果與CAE模型數(shù)據(jù)的對比，并調(diào)整CAE模型中荷載的值，本文找到了一種將拍擊動載轉(zhuǎn)化為CAE模型靜載的方法，并由此建立了針對后擋玻璃安裝變形的CAE模型。后續(xù)可應(yīng)用于前期項目問題辨識，發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險，實現(xiàn)降本增效。

[1] 臧孟炎,雷周,尾田十八.汽車玻璃的靜力學(xué)特性和沖擊破壞現(xiàn)象[J].機(jī)械工程學(xué)報, 2009(02):274-278.

[2] 馮鈺濤.基于CAD/CAE技術(shù)的汽車車燈的設(shè)計研究與應(yīng)用[D]. 湖北工業(yè)大學(xué), 2019.

Research of CAE analysis in windshield installation deformation

Li Yifeng, Jiang Weimin

（Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC-GM, Shanghai 201206）

As an important functional part of exterior decoration, the matching status of windshield is an important index to evaluate the appearance quality of the vehicle. The windshield glass is easy to deform in the process of installation, which will affect the matching quality. In this research, CAE method is used to simulate the installation deformation of Rear lift-gate glass. By studying the method of transforming flapping force(dynamic load) into equivalent continuous force(static load) at specific of CAE model, the CAE model of windshield force is established, so as to identify issues in design stage, avoid in advance and reduce the risk of dimensional matching issues caused by deformation.

Windshield; Installation process; CAE analysis; Deformation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.034

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

李屹峰（1987-），男，尺寸認(rèn)證項目經(jīng)理，就職于上汽通用汽車有限公司整車制造工程部。