车门三种不同抗凹点选取方法的对比研究

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　　摘要：车门抗凹陷性能非常重要。本文对汽车中门抗凹分析中确定抗凹点位置的三种方法（加载均布压强、加载重力场、模态分析）进行研究，结果表明加载均布压强的方式最好，能准确、完整地反映抗凹分析中车门外板刚度薄弱位置，为后续车型开发中抗凹性选点提供参考。
　　关键词：HyperMesh，  抗凹分析
　　1 引言
　　抗凹陷能力是衡量汽车外覆盖件表面质量和使用性能的重要指标之一。目前汽车的轻量化和节能是现代汽车工业的主流。因此厚度薄，质量轻的高强度钢板被广泛应用于汽车外覆盖件。而车门外板刚性严重影响用户对整车品质的感知度，所以需要对外覆盖件进行抗凹分析。目前抗凹分析过程中确定抗凹分析点位置的方式有很多种，为保证分析的准确性以及完整性需要对选点方式进行研究。本文以中门外板为对象，对比三种不同选点方式的优略。
　　2 建模
　　首先根据设计部门提供的几何，使用HyperMesh软件对中门（包括内板、外板、加强件和铰链）进行网格划分，中门网格由壳单元组成，铰链亦划分为壳单元。网格划分后赋予各组件对应的材料和属性。其次，根据设计要求，用HyperMesh中自带的connector及其它一维单元对模型进行连接，建立相应的约束和载荷，最后求解计算、后处理。此次分析模型如图1所示。Y向为车身长度方向，X向为车身宽度方向。
　　

　　3 选取车门抗凹点的三种方式
　　车门抗凹性分析中需先确定门外板抗凹点位置。目前已知的抗凹点选取方式有三种：1、通过在车门外板加载均布压强确定。2、通过对车门整个模型加载重力场确定。3、通过模态分析确定。本文以汽车中门为对象对三种不同的抗凹点选取方式进行研究。
　　3.1  方法一：均布压强法
　　第一种方法采用加载均布压强。约束车门铰链安装点和门锁中心点1-6自由度，只对中门外板加1E-4MPa均布压强，然后求解计算。根据计算结果确定抗凹点位置。图2为加压强后外板位移云图，由此可见外板中部以及左上角部位刚度较弱，即承受相同载荷下，此处变形较大。抗凹分析一般在大变形区域（图中所示红色区域）均匀选取6―10个抗凹分析点，然后进行抗凹分析。
　　

　　如图3所示选取11个抗凹点，抗凹点具体位置见图3。对图3中的各个位置进行抗凹分析，载荷大小40N，分析结果如表1所示，其中点9的位移最大，为1.54357mm，刚度最弱。
　　表1  各抗凹点位移结果
　　

　　3.2  方法二：重力场法
　　第二种方法采用加载重力场。约束车门铰链安装点和门锁中心点1-6自由度。对整个中门模型沿全局坐标系X方向加载1G的重力场。计算结果如图4所示，由图可知中门外板部分区域变形较大，且大变形区域与方法一相近，但不明显。按照此种方法进行抗凹选点，选点不全面、不充分，影响分析的准确性。因此不推荐使用。
　　

　　3.3  方法三：模态分析法
　　第三种方法采用模态分析法。约束车门铰链安装点和门锁中心点1-6自由度，对中门进行模态分析，结果如图5所示，分析结果仍然关注垂直外板方向的位移。截取模态分析结果，获得模态位移较大的位置。
　　

　　

　　根据图5可知a、b、c、f中变形较大区域与方法一计算结果一致。d、e中显示的变形较大区域在方法一变形较大区域附近。d处的最大变形为1.43447mm，小于方法一中最大位移1.54357mm。e处位于车门锁芯位置，形状有突变，不适合做抗凹。f中变形最大区域位于粘胶附近，此处附近门外板的刚度较好。总之，这种通过模态法获取抗凹点分析的方法较复杂、选点范围大、个数多、工作量大，鉴于实际抗凹试验的选点方式，亦不推荐使用。
　　3.4  三种方式对比
　　为了比较三种不同选点方法的优劣，分析模型采用一致的约束方式。通过对比，均布压强法既简便又准确，而且各区域的结果差异明显，分布清晰；重力场法的选点位置与均布压强法相近，但结果差异不明显，需较多的经验辅助判断；模态分析法获得的抗凹点不完全准确，另外计算模态阶次较多，数据量大。推荐使用均布压强法进行抗凹选点。
　　4  结束语
　　本文利用HyperMesh和有限元求解器对车门抗凹点的不同选点方式进行对比，认为均布压强法的结果准确、全面、清晰，与另外两种方法相比具有较大的优势，推荐使用。
　　参考文献
　　[1]李永生，竺福庆等.基于稳定性的车门抗凹陷性能分析及优化. 2010中国汽车工程学会年会论文集. 1269-1273.
　　[2]于开平，周传月. HyperMesh从入门到精通.  科学出版社。(end)