卡車車門結(jié)構(gòu)車門性能仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u19364卡車車門結(jié)構(gòu)車門性能仿真分析案例 172691.1車門仿真和有限元模型原理 1230421.1.1車門仿真的意義 1172101.1.1有限元法的原理 2195451.1有限元模型建立 286651.1.1模型簡化處理 2207851.1.2網(wǎng)格劃分 3277321.2車門模態(tài)分析 4136531.2.1自由模態(tài)分析 423741.3車門剛度分析 5179311.3.1下沉剛度分析 6219231.3.2扭轉(zhuǎn)剛度分析 6242381.3.3側(cè)向剛度分析 763331.3.4帶線剛度分析 71.1車門仿真和有限元模型原理1.1.1車門仿真的意義車門是汽車車身的一部分，由車門內(nèi)外板，車門附件和各種加強板組成并且通過螺栓連接或者焊接等方式連接成一個整體。它和車身一起為乘客提供安全的乘坐條件。車身為乘客提供了安全的駕駛條件，足夠的門剛度對汽車的整體質(zhì)量有很大的影響。門的垂直剛度不足會導(dǎo)致門下沉變形過大，影響門的正常轉(zhuǎn)動。門的側(cè)剛度不足，會導(dǎo)致窗框變形過大，使窗框與密封條分離出現(xiàn)間隙，影響車門密封性，造成漏風(fēng)等現(xiàn)象，出現(xiàn)很大的噪音和振動，影響汽車的舒適性影響玻璃升降器等部件的正常運行。基于hypermesh軟件，對車門整體進行仿真分析，模擬車門在實際工況下的狀態(tài)，對車門各種性能指標(biāo)進行檢測。通過hypermesh軟件的幫助，可以比較迅速的對車門進行網(wǎng)格劃分，進而建立有限元模型。1.1.1有限元法的原理車門這種復(fù)雜的部件，我們很難通過整體法分析其性能，所以要通過將其細(xì)分成小的元素體進行分析研究，即有限元分析法，一個彈性體在載荷作用下，彈性體內(nèi)任意一點的應(yīng)力狀態(tài)可由6個應(yīng)力分量表示。將車門這個復(fù)雜的連續(xù)體分成多個小單元的組合體，形成離散結(jié)構(gòu)，計算機的強大計算能力可以很好的進行分析，離散結(jié)構(gòu)的好壞對于計算結(jié)果的影響很大，單元數(shù)量質(zhì)量對于計算速度計算精度都有很大的影響，所以進行單元劃分時要選擇合適的單元類型，選擇合適的形狀大小數(shù)量。節(jié)點數(shù)目越多，計算精度也越高，但是節(jié)點數(shù)目過高時，對于計算精度的提升不明顯，卻會大大影響計算的速度，會增加很多計算工作，占用計算機大量資源，所以節(jié)點數(shù)目不是越高越好，要合理的劃分，對于影響較小的部分可以減少劃分?jǐn)?shù)目，盡可能的減少工作量并保證計算精度，最大限度的減少計算機資源，這樣可以使計算時間縮短。對于不同的材料也要進行細(xì)分。最后劃分的單元體形狀為正多邊形和三角形組成，三角形占比例相對較少。1.1有限元模型建立1.1.1模型簡化處理hypermesh是一款高性能有限元處理分析軟件，通過hypermesh軟件，可以很好的對車門結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，進行有限元模型的建立和分析。在進行有限元模型建立之前，要對模型進行簡化處理，模型中有的幾何特征對于結(jié)構(gòu)強度的影響很小可以忽略不計，螺栓孔、包邊以及小角度結(jié)構(gòu)圓角等，對于有限元分析影響較小，因此在進行有限元分析前，這些特征可以進行修補和刪除處理；各結(jié)構(gòu)之間默認(rèn)為剛性連接，小的間隙結(jié)構(gòu)可忽略。通過清理非特征線、補面、優(yōu)化幾何特征、去除小孔等操作處理，保留螺栓連接孔?？梢酝ㄟ^在Geom中的defeature中，選擇pinholes來對孔洞進行批量處理圖1.11.1.2網(wǎng)格劃分在完成車門模型的修補簡化處理工作后，對整體結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，通過midsurface進行中面的提取然后進行網(wǎng)格劃分。圖1.2對于車門鈑金選擇Pshell單元，螺栓選擇單元RB2模擬連接，車身焊點選擇ACM焊點單元。選擇四邊形和三角形單元進行劃分，進行網(wǎng)格質(zhì)量檢測，調(diào)整網(wǎng)格基本尺寸等等來確定最后的網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格的基本尺寸選擇5mm，共劃分74210個單元，三角形單元占3.4%，小于5%，四邊形單元占大多數(shù)，車門材料編號選擇Q235，密度為7.8e-9t/mm3，泊松比0.3，彈性模量207Gpa，屈服強度235Mpa。1.2車門模態(tài)分析1.2.1自由模態(tài)分析車門作為整車中極其重要同時又相對獨立的部件，屬于多自由度的彈性系統(tǒng)。為了避免產(chǎn)生共振，減少噪聲的產(chǎn)生，需要對車門結(jié)構(gòu)進行分析，分析其振動頻率和振型。模態(tài)是機械結(jié)構(gòu)的固有振動特性，每個模態(tài)都具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)形狀。解決自由振動系統(tǒng)特征（固有頻率和模態(tài)形狀）的問題是解決矩陣特征值和特征向量的問題。車門自由模態(tài)的分析就是在不加任何約束和載荷情況下，直接求解出模態(tài)。汽車在正常行駛中，受到多個外界激勵，有來自路面不平的激勵，車輪不平衡的激勵，發(fā)動機傳來的激勵，傳動軸的激勵。路面?zhèn)鱽淼募钣致访娌黄蕉葲Q定，在較好的路面上，激勵的頻率為3hz左右，整體影響不大，但是對于低頻振動的影響比較大；車輪傳來的激勵較小，影響比較微弱，頻率一般在11hz以下，可以通過調(diào)整避免；發(fā)動機傳來的激勵分量比較大，影響比較大，頻率一般在23hz以上；傳動軸傳來的激勵比較小，影響較弱，頻率40hz以上，所有激勵都可能會引起車門的共振，產(chǎn)生噪聲，影響整車的平順性，降低舒適度。由于車輛的道路勵磁頻率為0～20Hz，四缸直列柴油機空轉(zhuǎn)勵速頻率為F=650/30=21.7Hz，為了分離門的共振頻率與發(fā)動機的路勵磁頻率，門總成的1階模態(tài)頻率至少大于21.7Hz，鑒于門附件的模態(tài)頻率的影響，門板的模態(tài)頻率應(yīng)大于32Hz，通過模態(tài)分析計算，門結(jié)構(gòu)的1階模態(tài)頻率為33.8Hz，可滿足設(shè)計要求。圖1.3圖1.41.3車門剛度分析參考查找的文獻[15]，對車門剛度進行分析，檢測其剛度是否符合要求，分別對車門的下沉剛度，扭轉(zhuǎn)剛度，側(cè)向剛度，帶線剛度進行分析1.3.1下沉剛度分析根據(jù)車門實際使用情況分析，對車門的兩處鉸鏈約束六個自由度，在鎖扣位置施加Z向1000N載荷，同時施加自重鎖扣處變形3.1mm符合標(biāo)準(zhǔn)，最大變形4.3mm圖1.51.3.2扭轉(zhuǎn)剛度分析扭轉(zhuǎn)剛度是車門剛度分析中最為常見的一種，汽車在制動或者急轉(zhuǎn)彎等工況下，車門會受到里的作用，車門抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力稱為扭轉(zhuǎn)剛度，車門扭轉(zhuǎn)剛度不滿足要求的話，車門會因為扭轉(zhuǎn)力變形過大，擠壓車身門框產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致永久變形，會導(dǎo)致門鎖、玻璃升降器等附件無法正常工作。根據(jù)國內(nèi)外典型車型的試驗標(biāo)準(zhǔn)，通過兩種工況進行分析：1：對于車門門鎖卡扣處全約束，對于鉸鏈連接位置全約束，同時對車門內(nèi)板的右上角位置施加y軸正方向的力，大小為183N2：對于車門門鎖卡扣處全約束，對于鉸鏈連接位置全約束，同時對車門外板的右上角位置施加y軸正方向的力，大小為183N1.3.3側(cè)向剛度分析側(cè)向剛度是外力擠時抵抗變形的能力，如果側(cè)向剛度不足，同樣會導(dǎo)致玻璃升降器失效，并且會出現(xiàn)窗框變相，導(dǎo)致窗框出現(xiàn)縫隙等現(xiàn)象。根據(jù)某車企制定的標(biāo)準(zhǔn)，對車門上鉸鏈和下鉸鏈連接處分別約束6個自由度，對于門鎖的連接處約束除X向轉(zhuǎn)動的其余5個自由度，Y方向的位移小于6mm。分別在再上門框邊角處和上門框中心處施加由內(nèi)向外垂直于車門200N的載荷。1.3.4帶線剛度分析車門帶線位置即窗框下沿。在玻璃升降器的作用下，玻璃反復(fù)移動與車門內(nèi)外板產(chǎn)生作用力，反復(fù)擠壓碰撞等現(xiàn)象，所以對于車門的帶線剛度要有一定的要求，防止因為相互作用力產(chǎn)生過多的變形，或者永久變形，影響車門的正常工作，阻礙玻璃升降器的正常運行，同時也會因為變形產(chǎn)生縫隙影響車門窗的密封性，產(chǎn)生噪聲異響，影響汽車的NVH。帶線剛度根據(jù)規(guī)定對車門的兩種工況進行分析，分別是內(nèi)板的帶線剛度和外板的帶線剛度，分別對內(nèi)板和外板的帶線出施加Y向載荷，檢驗其剛度。汽車的實際生產(chǎn)中，會對樣車的車門帶線剛度進行測試，通過實際的實驗測試車門是否符合要求，如果不符合要求，要對其進行結(jié)構(gòu)改動，但是此時實際樣品已經(jīng)完成，再進行改動就會耗費很大精力，所以，在車門設(shè)計開發(fā)的初期階段就要對其進行仿真分析，通過軟件的有限元分析，檢驗設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，一般用車門內(nèi)外板加強板提高帶線剛度，通過改進內(nèi)外板加強板的結(jié)構(gòu)厚度長度等方式，使帶向剛