某商用單排輕卡前門結(jié)構(gòu)強度性能仿真研究

魏成新，龔小輝，郭浩

（江西五十鈴汽車有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

1 引言

隨著世界經(jīng)濟復蘇和國內(nèi)雙循環(huán)經(jīng)濟的快速良好發(fā)展，以輕卡為典型代表的商用車型銷量得到巨大增長，由于其經(jīng)濟性和實用性，已經(jīng)成為城鄉(xiāng)物流配送行業(yè)運輸交通工具的必然選擇[1-2]。車門，作為輕卡駕駛室的的重要組成部分，其是由內(nèi)外門板、上下加強板、門鎖等系統(tǒng)零部件構(gòu)成，通過點焊接組成的一體系統(tǒng)部件，車門需具備足夠的剛強度，以保證車身結(jié)構(gòu)良好的綜合性能的充分發(fā)揮[3-5]，因此開展商用單排輕卡的駕駛室車門力學性能仿真研究，具有顯著的的經(jīng)濟和社會價值。

本文基于數(shù)值分析及彈塑性力學理論，采用 MSC.Nastran軟件，對前車門系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)、剛度和開閉件耐久分析，分析結(jié)果顯示，后車門模態(tài)避開了發(fā)動機怠速頻率，其強度性能滿足項目開發(fā)設(shè)計目標，綜合評估該商用輕卡前車門力學性能滿足要求。

2 某單排駕駛室前門CAE模態(tài)分析

2.1 前門系統(tǒng)有限元模型

本文采用美國Hyperworks軟件，對某商用輕卡駕駛室的前車門系統(tǒng)進行了建模，網(wǎng)格尺寸大小5mm，車門鈑金材料為DC01和Q235，彈性模量E=210000MPa，部分附屬零件用一維Mass單元模擬，前車門質(zhì)量為26kg，F(xiàn)EA模型如圖1。

圖1 某商用輕卡前車門FEA模型

2.2 前車門系統(tǒng)CAE模態(tài)分析

經(jīng)軟件建模后，對某單排輕卡駕駛室的前車門系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)分析，截取頻率為0-80Hz,其中前六階為車門剛體模態(tài)，隨后提取出車門系統(tǒng)本身四階的頻率，如圖2所示，其中一階外板彎曲模態(tài)為34Hz，二階窗框擺動模態(tài)為41Hz，三階下窗框擺動模態(tài)為46Hz，四階內(nèi)板彎曲模態(tài)為55Hz，避開了發(fā)動機怠速頻率26.7Hz，滿足設(shè)計目標。

圖2 某商用輕卡前車門模態(tài)分析結(jié)果

3 某單排駕駛室前門CAE剛度分析

本文對某商用單排輕卡前門進行了剛度分析，網(wǎng)格尺寸為10mm,車門鈑金件主要采用Shell單元，車門鉸鏈采用solid單元，點焊采用Hex+Reb3單元模擬，其有限元模型如圖 3所示。其中工況CASE1：鉸鏈處約束約束XYZ三向平動和XY轉(zhuǎn)動自由度，在門內(nèi)側(cè)沿Y向施加100N的載荷，CASE2:鉸鏈處約束約束XYZ三向平動和XY轉(zhuǎn)動自由度，在門內(nèi)側(cè)沿Z向施加100N的載荷。

本文按照以上描述工況，進行了某商用單排輕卡前門CAE剛度分析，得到圖 4的分析結(jié)果，其中 1處位移為1.9mm，而2處位移為1.4mm，在3處的位移為1.4mm，在4-5段的位移為0.54mm，在5-6段的位移為0.71mm，得到門框位置處的剛度值52N/mm，窗框腰線剛度185N/mm，符合設(shè)計目標需大于30N/mm。

圖3 某商用單排輕卡前門剛度分析邊界示意圖

圖4 某商用單排輕卡前門剛度分析結(jié)果

4 某單排輕卡前門CAE開閉件耐久分析

本文對某商用單排輕卡前門進行了 CAE開閉件耐久強度分析，其中前門處于安裝狀態(tài)，以2m/s的速度關(guān)車門，測量車門各危險處的應(yīng)力值，同時約束上下鉸鏈與車身安裝處全部自由度，載荷按照圖5右側(cè)的條件輸入，邊界條件如圖5所示。

圖5 某商用單排輕卡前門CAE開閉件耐久分析邊界條件示意圖

本文對某商用單排輕卡前門進行了 CAE開閉件耐久強度分析，得到圖6分析結(jié)果。鈑金件最大應(yīng)力為 166MPa，小于DC01材料屈服強度180MPa，滿足目標。

圖6 某商用單排輕卡前車門開閉件耐久強度分析結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于有限元法，采用Hypermesh和Nastran軟件，對某商用輕卡的前車門系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)、剛度和開閉件耐久強度分析，CAE分析結(jié)果顯示：

（1）前車門一階外板彎曲模態(tài)為34Hz，二階窗框擺動模態(tài)為41Hz，三階下窗框擺動模態(tài)為46Hz，四階內(nèi)板彎曲模態(tài)為55Hz，有效避開了發(fā)動機怠速頻率26.7Hz的共振風險；

（2）該單排駕駛室的前車門剛度和開閉件耐久強度性能均符合目標設(shè)計要求；

（3）綜上，本文評估該商用輕卡單排駕駛室的前車門耐久結(jié)構(gòu)力學性能滿足設(shè)計目標。