汽車翼子板抗凹剛度有限元分析 Finite Element Analysis of the Concave Stiffness of Automobile Fender

蘇亞輝 SU Ya-hui 李亞鵬 LI Ya-peng

摘要：文章利用HyperMesh作為前處理軟件，對某車型翼子板進行網(wǎng)格劃分和屬性定義，模擬載荷的加載與卸載，對翼子板的結構進行優(yōu)化以滿足翼子板屈曲抗凹性能需求，為汽車翼子板屈曲抗凹性能提升提供了優(yōu)化方法和依據(jù)

Abstract： In this paper， HyperMash is used as the pre-processing software， the mesh and the property definition of a certain type of fender are analyzed， simulated load loading and unloading， optimized the fender structure to meet the demand of the fender bucking concave resistance， provided methods and basis for the fender bucking concave resistance improvement.

關鍵詞：翼子板;屈曲抗凹;約束條件;載荷;位移

Key words： fender;bucking of concave;bling conditions;load;displacement

中圖分類號：U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0060-02

0? 引言

在汽車工業(yè)領域，汽車車門、引擎蓋、行李箱蓋受到外部載荷作用時，抵抗撓曲變形及局部凹痕變形、保持車身覆蓋件原有形狀的能力稱為抗凹性[1]。汽車翼子板的作用是在汽車高速行駛過程中，防止被輪胎卷起的砂石飛濺到車身上。由于翼子板整體造型沒有加強筋、車身縱向尺寸較大，在縱向形成較大的平面，受到外部載荷作用時翼子板容易變形、以及在車輛行駛中產(chǎn)生噪音等問題，嚴重影響車身品質[2-3]。因此，在汽車研發(fā)初期有必要對汽車翼子板進行抗凹性有限元分析。

本文以某車型翼子板作為研究對象，應用CAE分析軟件Hyperworks和Ls-dyna相結合，對某款純電動車左翼子板進行抗凹性有限元分析，通過對分析結果進行后處理，得到左翼子板的位移云圖和載荷曲線，該分析結果為整車在整個開發(fā)周期對翼子板的優(yōu)化設計提供了參考依據(jù)。

1? 抗凹分析流程

翼子板抗凹性分析流程如圖1所示：分為三個階段：模型前處理、求解計算、分析結果后處理[4]。①模型前處理：主要包括對翼子板進行網(wǎng)格進行劃分、定義材料參數(shù)、定義屬性、部件的連接和施加載荷等;②求解計算：主要包括對翼子板有限元模型進行單元分析，有限元方程的求解以及獲得有限元結果等;③分析結果后處理：對翼子板有限元模型分析結果進行處理和查看，判定翼子板抗凹性是否合理。

2? 有限元模型

2.1 翼子板模型

將左翼子板三維模型轉化為.stp格式導出，利用軟件Hyperworks前處理模塊劃分網(wǎng)格并定義材料屬性。左翼子板網(wǎng)格劃分優(yōu)化要求：基本單元尺寸為10mm，控制三角形單元所占的比例小于5%，單元翹曲小于10°。車翼子板有限元模型如圖2所示，其中節(jié)點數(shù)量7070，單元數(shù)量6943，模型重量1.089kg。材料屬性見表1。

2.2 壓頭模型

壓頭（碰頭）設計千差萬別，形狀、尺寸與材料都不盡相同：有彈性、剛性壓頭，也有球形、半球形、圓錐形頭，尺寸（直徑）范圍從12.5mm到101.6mm不等[5]。本文采用半徑為40mm，高度為80mm，材料為鋼的壓頭，幾何形狀如圖3所示。

3? 邊界條件

約束翼子板連接孔處所有自由度，如圖4所示。

4? 載荷條件

選擇三個點（P1、P2、P3）進行加載分析：首先在周邊全約束條件下，在翼子板整個外表面均勻加載1Pa的載荷，分析翼子板屈曲模態(tài)，提取前幾階模態(tài)位移云圖，在模態(tài)云圖上選擇各自最大位移點，分別記為P1、P2、P3加載點，如圖5所示。

為了使模型計算容易收斂，采用多步驟加載方法：

①在剛性壓頭關聯(lián)點施加一個很小的力（1Pa）或垂直翼子板接觸面的強制位移（根據(jù)實際情況確定），使得接觸平穩(wěn)的建立起來;

②對分析點施加垂直表面400N的載荷，然后卸載，加載曲線如圖6所示。

5? 結果分析

根據(jù)分析結果提取P1、P2、P3各位置最大等效應力云圖、塑性應變云圖和位移曲線結果，如表2所示。由表2可知，該翼子板屈曲抗凹的3個點各項指標均滿足目標要求。

6? 結論

本文通過CAE方法數(shù)值模擬了汽車翼子板凹陷變形過程，得到最大等效應力云圖、塑性應變云圖和位移曲線圖，數(shù)據(jù)分析表明該翼子板的抗凹性能可以滿足使用要求。采用CAE方法預測翼子板的抗凹性，可以為汽車翼子板設計方案的制定和驗證提供數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

參考文獻：

[1]李石.轎車屈曲抗凹性能分析及優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學學報（增刊），2009，32：18-21.

[2]王志亮，劉波，等.汽車大板件抗凹性分析方法研究[J].機械設計與制造，2008，12（6）：138-139.

[3]汪謨清，沈磊.某輕型客車翼子板抗凹性分析和優(yōu)化[J].計算機輔助工程，2013（22）：188-191.

[4]歐陽俊珩，江波.基于ABAQUS的某車型翼子板抗凹性優(yōu)化設計[J].汽車實用技術，2017，10：44-46.

[5]韋勇，裴磊，成艾國.基于ABAQUS的汽車覆蓋件抗凹性分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23（1）：80-82.