基于有限元法的某SUV前門(mén)力學(xué)性能仿真研究

陳聰

基于有限元法的某SUV前門(mén)力學(xué)性能仿真研究

陳聰

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

文章基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對(duì)某SUV車型前門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE抗凹、窗框剛度、扭轉(zhuǎn)剛度分析，分析結(jié)果顯示，前門(mén)窗框剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、和抗凹性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

SUV；前門(mén)；力學(xué)性能

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，商用輕卡銷量得到迅猛增長(zhǎng)，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。車門(mén)作為汽車車身的一部分，由外門(mén)板、內(nèi)門(mén)板、上加強(qiáng)板、下加強(qiáng)板、門(mén)鎖加強(qiáng)板等組成，并通過(guò)焊接成一體，車門(mén)需具備足夠的剛強(qiáng)度，以保證車身結(jié)構(gòu)綜合性能的發(fā)揮[2-3]，故研究SUV前門(mén)力學(xué)性能，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于有限元法，采用HyperMesh和ABAQUS軟件，對(duì)某乘用SUV前車門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE剛度和抗凹分析，分析結(jié)果顯示，車門(mén)剛度滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合評(píng)估該前門(mén)力學(xué)性能滿足要求。

2 前門(mén)CAE剛度分析

2.1 前門(mén)系統(tǒng)有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對(duì)某SUV車型前車門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模，網(wǎng)格尺寸大小5mm，車門(mén)鈑金材料為DC01，DC04系列，其彈性模量E=210000MPa，泊松比0.3，部分附屬件采用一維單元Mass單元模擬，車門(mén)總質(zhì)量為22kg，有限元模型如圖1所示。

圖1 某SUV前門(mén)FEA模型

2.2 前門(mén)CAE窗框側(cè)向剛度分析

本文采用ABAQUS軟件，對(duì)某SUV車型前車門(mén)進(jìn)行了窗框側(cè)向剛度分析，約束車身側(cè)鉸鏈處123自由度，釋放轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，約束鎖扣處的23自由度，載荷分為如下四步加載，Step1：考慮自重；Step2：前后角點(diǎn)施加垂直于窗框密封面的載荷180N；Step3：持續(xù)加載到360N；Step4：卸載。邊界條件如圖2所示。

圖2 前門(mén)窗框側(cè)向剛度分析邊界條件

本文按照上述分析加載工況，得到如圖3的分析結(jié)果，匯總分析（表1），車門(mén)前角點(diǎn)在180N工況下，最大位移為5.54mm，卸載后，最大位移為0.06mm，后角點(diǎn)在180N工況下，最大位移為5.37mm，卸載后最大位移為1.14mm，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表1 前門(mén)窗框側(cè)向剛度分析結(jié)果表

2.3 前門(mén)CAE扭轉(zhuǎn)剛度分析

圖4 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析邊界條件

本文對(duì)前門(mén)進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度分析，約束車身鉸鏈的全部自由度，同時(shí)約束門(mén)鎖處的Y向和Z向平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在門(mén)鎖處施加繞X軸扭矩271Nmm/-271Nmm，如圖4。

本文按照上述條件進(jìn)行了前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析，得到如圖5所示的CAE分析結(jié)果，匯總前門(mén)觀測(cè)點(diǎn)位移值如表2，在扭轉(zhuǎn)271Nm時(shí)，測(cè)量點(diǎn)1的Y向位移為-0.07mm，測(cè)量點(diǎn)2的Y向位移為1.808mm，扭矩-271Nm時(shí)，測(cè)量點(diǎn)3的Y向位移為0.054mm，測(cè)量點(diǎn)4的Y向位移為-1.888mm，均滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖5 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果

表2 前門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果表

3 前門(mén)CAE抗凹分析

本文對(duì)某SUV車型前門(mén)進(jìn)行了抗凹分析，約束鉸鏈處全自由度，采用直徑D=75mm平圓盤(pán)在前門(mén)外板進(jìn)行抗凹分析，Step1法向施加90N的載荷，Step2法向施加225N載荷，然后卸載，邊界條件如圖6所示。

圖6 前門(mén)抗凹分析邊界條件

本文按照上述邊界條件，進(jìn)行了前門(mén)抗凹CAE分析，得到如圖7的分析結(jié)果，獲得各加載節(jié)點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)位移，匯總?cè)绫?，測(cè)量點(diǎn)1和測(cè)量點(diǎn)2的變形量都滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

表3 前門(mén)抗凹分析結(jié)果表

4 結(jié)論

本文基于有限元法，采用Hypermesh和ABAQUS軟件，對(duì)某SUV車型前門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行了CAE窗臺(tái)線剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和抗凹分析，分析結(jié)果顯示：

（1）車門(mén)前角點(diǎn)在180N工況下，最大位移為5.54mm，卸載后，最大位移為0.06mm，后角點(diǎn)在180N工況下，最大位移為5.37mm，卸載后最大位移為1.14mm，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（2）車門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度和抗凹性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

綜合上述分析結(jié)果，本文評(píng)估乘用車前車門(mén)力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1] 田國(guó)富.某乘用車車門(mén)靜態(tài)剛度與模態(tài)分析[J].制造業(yè)制度化, 2020(2):16:21.

[2] 王康.白車身結(jié)構(gòu)的輕量化研究[D].重慶:重慶理工大學(xué),2019.

[3] 陳鴻宇.某型號(hào)乘用車前車門(mén)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].安徽:安徽理工大學(xué)2019.

Simulation Study on Mechanical Properties of SUV Front Door Based on Finite Element Method

Chen Cong

( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

In this paper, based on the finite element method and ABAQUS software, this paper analyzes the CAE anti concave, window frame stiffness and torsional stiffness of a SUV front door system. The analysis results show that the front door frame stiffness, torsional stiffness and anti-concave performance meet the design objectives.

SUV;Front door;Mechanical performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.022

U467

A

1671-7988(2021)03-74-03

U467

A

1671-7988(2021)03-74-03

陳聰，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)中心。