汽車內(nèi)飾件用塑料掛鉤CAE模型的DOE分析方法

王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 201315)

汽車內(nèi)飾件用塑料掛鉤CAE模型的DOE分析方法

王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 201315)

對汽車內(nèi)飾用塑料掛鉤在CAE設(shè)計中的方法進行了研究，采用DOE試驗設(shè)計方法分析CAE模型中的產(chǎn)品設(shè)計要求(水平)與產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)(因子)之間的關(guān)系，并通過響應(yīng)曲線回歸獲得產(chǎn)品設(shè)計要求與設(shè)計參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。所獲得的數(shù)學(xué)模型可以替代CAE分析進行快速計算，使整個產(chǎn)品開發(fā)周期縮短。該方法值得在以后汽車產(chǎn)品CAE過程中應(yīng)用。

塑料掛鉤；安裝力；脫出力；DOE試驗設(shè)計方法；CAE分析

0 引言

當前，在汽車內(nèi)飾件的安裝過程中，大量使用塑料掛鉤。在通過CAE(計算機輔助工程)對塑料掛鉤設(shè)計參數(shù)與安裝力和脫出力的關(guān)系進行研究過程中，針對所建立的簡化CAE分析模型，定義的重要設(shè)計參數(shù)通常包括掛鉤導(dǎo)入角、搭接寬度、支撐筋寬度3項設(shè)計參數(shù)(見圖1)。同時，所定義安裝力范圍為26～55 N，脫出力范圍為16～29 N。總體來說，所涉及的設(shè)計參數(shù)過多，且無法直觀獲得影響最大、最重要的設(shè)計參數(shù)。

基于此，在門內(nèi)飾掛鉤設(shè)計過程中，在CAE分析時，采用DOE(試驗設(shè)計)的方法來進行試驗設(shè)計。此時的CAE分析方法也類似于為一種試驗方法，而DOE是對CAE分析進行試驗設(shè)計。

1 建立CAE分析模型

為建立較精確的分析模型，文中采用掛鉤角度為36°，支撐筋寬度為10 mm，搭接寬度 分別設(shè)為2、1.7和1.5 mm的樣品進行試驗，并用建立的CAE模型進行擬合和修正。實際樣品測試結(jié)果見表1。

表1 塑料掛鉤實際測量結(jié)果 N

基于表1的試驗結(jié)果，經(jīng)過多次擬合和優(yōu)化后的CAE模型計算結(jié)果與實物測試結(jié)果差距較小，可進行假設(shè)檢驗。

2 DOE試驗設(shè)計

在建立了CAE模型(見圖2)之后，對3項主要設(shè)計參數(shù)與安裝力及脫出力之間的關(guān)系進行DOE設(shè)計，采用2水平3因子分析矩陣，2水平分別為安裝力和脫出力，3因子分別為搭接寬度、導(dǎo)入角和支撐筋寬度。同時進行2水平3因子加中性點并補充面接CCD，最終獲得CAE計算數(shù)據(jù)見表2。

表2 3項主要設(shè)計參數(shù)與安裝力及脫出力的DOE設(shè)計

對CAE計算的安裝力和脫出力結(jié)果進行分析,結(jié)果顯示:部分因子P>0.05,不顯著。逐項刪除非顯著交互因子后，結(jié)果顯示導(dǎo)入角對安裝力和脫出力也都不顯著，即導(dǎo)入角因子P>0.05,不顯著且剩余的搭接寬度和支撐筋寬度兩項因子與響應(yīng)之間呈二次方關(guān)系。

如上結(jié)果顯示，導(dǎo)入角的變化對安裝力和脫出力的影響不大，故在塑料掛鉤的設(shè)計中，可以采用較通用的導(dǎo)入角設(shè)計，不需要過多的關(guān)注和分析。

刪除導(dǎo)入角因子，重新對支撐筋寬度和搭接寬度與安裝力和脫出力進行響應(yīng)曲面DOE設(shè)計。CAE計算數(shù)據(jù)見表3。

表3 2項主要設(shè)計參數(shù)與安裝力及脫出力的響應(yīng)曲面DOE設(shè)計

續(xù)表3

對CAE計算的安裝力結(jié)果進行響應(yīng)曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結(jié)果顯示P<0.05，顯著。可建立安裝力分析模型，且模型可用。

如圖3，采用Minitab計算軟件對安裝力與搭接寬度和支撐面寬度進行響應(yīng)面回歸計算，獲得門蓋掛鉤安裝力數(shù)學(xué)模型為：

式中：F1為門蓋掛鉤安裝力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

對CAE計算的脫出力結(jié)果進行響應(yīng)曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結(jié)果顯示P<0.05，顯著。可建立脫出力分析模型，且模型可用。

如圖4，采用Minitab計算軟件對脫出力與搭接寬度和支撐面寬度進行響應(yīng)面回歸計算，門蓋掛鉤脫出力數(shù)學(xué)模型為：

式中：F2為門蓋掛鉤脫出力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

如上，通過DOE方法，對塑料掛鉤的3個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)與安裝力和脫出力之間的關(guān)系進行了分析，首先如表2對3項主要設(shè)計參數(shù)與安裝力及脫出力進行DOE設(shè)計，分析結(jié)果表明導(dǎo)入角對安裝力和脫出力的影響較小。

其次如表3對兩項主要設(shè)計參數(shù)與安裝力及脫出力進行響應(yīng)曲面DOE設(shè)計，并進行響應(yīng)曲面回歸計算，獲得門蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型。

如下對所獲得的門蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型及CAE分析方法的可靠性進行分析和驗證。

3 結(jié)果分析

基于以上所建立的門蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型進行可靠性分析和驗證。

對如上所建立的掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型作重疊等值線圖，如圖5所示。

考慮到搭接寬度由PAB門蓋與儀表板本體兩個零件確定，公差相對較大且易波動，所以把最佳參數(shù)區(qū)域選擇在安裝力和脫出力都對搭接寬度變化不太敏感的區(qū)域，即圖5中灰色長方形區(qū)域。把長方形區(qū)域的中點作為最終選定的參數(shù)點開模制造樣件，并進行實物測試，以驗證DOE分析得出的數(shù)學(xué)模型。DOE模型推算結(jié)果與CAE分析結(jié)果對比見表4。

表4 DOE模型推算結(jié)果與CAE分析結(jié)果對比

對比DOE數(shù)學(xué)模型推算結(jié)果和CAE分析結(jié)果，兩者差距較小，故安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型可用。

最后，對選定的最優(yōu)參數(shù)進行開模制造樣件，并實際測量樣件的安裝力及脫出力，對比實際測量值與CAE分析值的差距，驗證CAE分析方法及數(shù)學(xué)模型的準確性。對實際開模樣品進行安裝力和脫出力測量，所獲得的試驗結(jié)果見表5。

表5 實際樣品測量結(jié)果

將表5中用實際樣品測量的安裝力和脫出力與CAE計算結(jié)果進行對照分析。如圖6所示，安裝力實測值與CAE計算值擬合程度高；如圖7所示，脫出力實測值與CAE計算值擬合程度也高。

綜上所述，按照文中選定的設(shè)計參數(shù)開模制造的樣件，其試驗結(jié)果與CAE計算結(jié)果之間的差別不大。文中根據(jù)DOE方法所獲得的CAE分析模型能有效地預(yù)測設(shè)計參數(shù)變化對掛鉤安裝力和脫出力的影響趨勢。

4 結(jié)論

文中研究成果包括：不僅指出了塑料掛鉤設(shè)計時需關(guān)注的重要參數(shù)即搭接寬度和支撐筋寬度，建立了合適的CAE模型用于模擬和分析塑料掛鉤搭接寬度及支持筋寬度與掛鉤安裝力及脫出力的關(guān)系。

更重要的是，文中提出了一種采用DOE方法進行CAE分析的思路，用試驗設(shè)計的方法來分析產(chǎn)品設(shè)計要求(水平)與產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)(因子)之間的關(guān)系。提高了CAE分析的精度，并可以通過響應(yīng)曲線回歸獲得產(chǎn)品設(shè)計要求與設(shè)計參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，所獲得的數(shù)學(xué)模型可以替代CAE分析進行快速的計算，節(jié)省CAE分析的時間，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

文中的研究不僅解決了汽車行業(yè)中內(nèi)飾件塑料掛鉤設(shè)計研究的難題，同時通過DOE的分析方法，也提高了CAE的分析精度，節(jié)省了開模成本和開發(fā)周期。

【1】 周厚林，王紅.汽車內(nèi)飾件用塑料掛鉤安裝力及脫出力研究[J].汽車零部件，2014(2):45-47.

DOE Analysis Method for Plastic Hook CAE Model

WANG Hong,ZHOU Houlin

(Yanfeng Key(Shanghai)Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 201315,China)

DOE analysis method was used to analyze the relation between the product requirements and design parameters in CAE model.The mathematics formulae were built to replace the CAE model by regression equation.This analysis method can reduce the CAE analysis time and component developing cost.

Plastic hook;Assembly force;Disassembly force;DOE experimental design method;CAE analysis

2014-12-03

王紅(1981—)，學(xué)士，工程師，研究方向為汽車被動安全。E-mail：hwang1@yfkey.com。