基于NASTRAN的某商用輕卡后車門力學(xué)性能仿真研究

陳佳，孫麗娟

（1.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；2.江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

隨著新冠疫情復(fù)工復(fù)產(chǎn)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)重回快速發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)的輕卡銷量節(jié)節(jié)攀升，由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，已經(jīng)成為城鄉(xiāng)物流配送運(yùn)行業(yè)運(yùn)載交通工具的必然選擇[1-2]。車門作為輕卡駕駛室的重要組成部件，由內(nèi)外門板、上下加強(qiáng)板、門鎖加強(qiáng)板等零部件組成，并通過(guò)激光點(diǎn)焊接組成整體部件，同時(shí)，輕卡車門需具備充足的強(qiáng)度和剛度性能，來(lái)確保車身系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)綜合性能的充分發(fā)揮[3-5]，故研究輕卡車型后車門力學(xué)性能，具有重要的企業(yè)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于數(shù)值分析及汽車結(jié)構(gòu)材料力學(xué)，采用 Nastran軟件，對(duì)某輕卡左右后車門系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)、下沉強(qiáng)度和抗凹強(qiáng)度分析，結(jié)果顯示，該車型的后車門固有模態(tài)避開(kāi)了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，同時(shí)強(qiáng)度滿足DVP目標(biāo)，綜合評(píng)估該商用輕卡后車門力學(xué)性能滿足要求。

2 后車門模態(tài)分析

2.1 后車門系統(tǒng)有限元模型

本文采用Alter-Hyperworks軟件，對(duì)某新款開(kāi)發(fā)的輕卡后車門系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模，網(wǎng)格大小5mm，車門鈑金材料為DC01，其彈性模量E=210000MPa，泊松比為0.3，后車門總質(zhì)量為26kg，有限元模型如圖1所示。

圖1 某輕卡后車門FEA模型

2.2 后車門系統(tǒng)模態(tài)分析

經(jīng)Hypermesh建模后，采用Nastran商用軟件對(duì)該新款輕卡后車門系統(tǒng)進(jìn)行自由模態(tài)分析，截取頻率為0Hz-100Hz，其中前六階為后車門剛體模態(tài)，提取出后車門自身頻率，如圖2，其中一階車門扭轉(zhuǎn)模態(tài)為29.4Hz，一階車門彎曲模態(tài)為52.2Hz，滿足目標(biāo)大于28Hz要求。

圖2 后車門模態(tài)分析結(jié)果

3 后車門下墜強(qiáng)度分析

本文采用NASTRAN軟件，對(duì)該新款輕卡后車門進(jìn)行了下墜工況的強(qiáng)度分析，其有限元模型如圖3所示。其中工況1：提取車身系統(tǒng)模型，車門需處于緊閉狀態(tài)，約束白車身斷面處全自由度。工況2為截取白車身模型，車門處于打開(kāi)70度角度狀態(tài)，約束B(niǎo)IW斷面處的六個(gè)方向自由度，同時(shí)約束X方向自由度。載荷施加過(guò)程分為：Step1賦予車門自身重力，Step2保持車門自身重力，鎖扣處沿負(fù)Z方向加500N力，Step3保持車門重力并卸載，邊界工況如圖3。

圖3 后車門下沉分析邊界示意圖

按照上述工況，本文進(jìn)行了車門CAE下墜分析，得到圖4的分析結(jié)果，當(dāng)加載500N時(shí)，關(guān)閉狀態(tài)下，后車門的最大位移時(shí)5.46mm，開(kāi)啟70度時(shí)，后車門最大位移為5.771mm，滿足目標(biāo)值小于10mm要求，卸載后，關(guān)閉狀態(tài)下的后車門殘余變形為 0.058mm，開(kāi)啟 70度時(shí)，車門鈑金殘余變形為0.031mm，滿足目標(biāo)小于1mm。

圖4 后車門CAE下沉強(qiáng)度分析結(jié)果

4 后車門CAE抗凹強(qiáng)度分析

本文對(duì)某新款輕卡后車門進(jìn)行了CAE抗凹分析，約束門鉸鏈處6自由度，門鎖約束三向平動(dòng)自由度，橡膠限位塊約束Y向平動(dòng)自由度，加載步驟為：Step1即采用直徑75mm的全剛性壓頭進(jìn)行緩慢加載，壓頭處施加100N與外板垂直Z方向的沖擊，Step2繼續(xù)加載至225N，Step3卸載，查看殘余變形，邊界工況如圖5。

圖5 后車門CAE抗凹強(qiáng)度分析邊界條件示意圖

圖6 F=100N載荷下后車門最大位移結(jié)果圖

本文如上工況，對(duì)該駕駛室后車門進(jìn)行了 CAE抗凹強(qiáng)度，結(jié)果如圖6和圖7，其中加載點(diǎn)1的最大位移為3.82mm，加載點(diǎn)2的最大位移為 3.67mm，加載點(diǎn) 3的最大位移為 3.96mm，小于目標(biāo)值5.1mm，而卸載后，加載點(diǎn)1的殘余變形0.002mm，加載點(diǎn)2的殘余變形為0.003mm，加載點(diǎn)3的殘余變形為0.001mm，都小于目標(biāo)值0.005mm。

圖7 卸載下的后車門殘余變形結(jié)果圖

5 結(jié)論

本文基于數(shù)值分析和有限元理論，采用 Nastran軟件，對(duì)某商用輕卡的后車門系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)、下沉強(qiáng)度和抗凹強(qiáng)度分析，CAE分析結(jié)果顯示：

（1）后車門一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為 29.4Hz，一階彎曲模態(tài)為52.2Hz，滿足目標(biāo)大于28Hz要求；

（2）加載500N和卸載狀態(tài)下，后車門的最大位移和殘余變形量均滿足目標(biāo)要求；

（3）后車門的抗凹工況下的最大位移和殘余變形均滿足目標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

綜上，本文評(píng)估該商用輕卡后車門耐久力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。