發動機艙蓋及連接點的安全性能研究

李明哲，付景順，王俊峰

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011

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發動機艙蓋及連接點的安全性能研究

李明哲，付景順，王俊峰

（沈陽工業大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011

摘 要：發動機艙蓋是車身結構中重要的開啟件，根據設計要求，發動機艙蓋要具有必要的過開啟角度以滿足發動機艙蓋在結構及功能上的要求。文章采用Abaqus靜力學分析功能，針對某款車型發動機艙蓋進行過開啟分析，得到艙蓋的過開啟角度和卸載之后的殘余角度。考察艙蓋和鉸鏈的最大應力，并分析因過開啟引起的鉸鏈、艙蓋的等效塑性應變是否滿足設計要求。仿真結果表明：艙蓋在過開啟過程中無破壞風險，艙蓋的過開啟性能滿足設計要求。

關鍵詞：過開啟；靜力學分析；等效塑性應變

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-30-03

引言

發動機艙蓋一般由內板、外板和隔熱材料組成，內板的作用是增強艙蓋的剛性[1]。在正常情況下，發動機艙蓋不會發生過開啟現象，過開啟是屬于操作者的錯誤操作引起的，即使頻次很低，不易發生，但是發動機艙蓋仍需要具備一定的過開啟性能來滿足使用要求[2]。如果發動機艙蓋因為過開啟后性能變差，不能滿足使用要求，將會引起客戶的抱怨，影響品牌形象、降低品牌忠誠度。

因此，對發動機艙蓋進行過開啟分析是十分必要的。本文以某款車型發動機艙蓋作為研究對象，計算艙蓋在外力作用下的過開啟角度和卸載之后的殘余角度，分析結構在開啟過程中的最大應力，進一步考察艙蓋、鉸鏈在過開啟過程中的等效塑性應變是否滿足要求。

1、艙蓋過開啟分析過程

1.1 艙蓋自重分析

模擬真實情況，考慮艙蓋自重對分析的影響，利用Hypermesh中Load Collector功能來定義重力。在Card Image中選擇Grav，然后點擊Edit進行重力創建，輸入重力加速度的大小及方向向量在參考坐標系中的分量來創建重力。

1.2 艙蓋過開啟分析

過開啟分析是指艙蓋達到鉸鏈限位的最大開啟角度時，在艙蓋鎖位置繼續施加外力載荷，強迫艙蓋繼續開啟的過程，此時依靠鉸鏈和限位器的作用阻止艙蓋繼續開啟，并保持靜力平衡。因此可利用Abaqus中隱示求解器完成此步驟的分析。過開啟工況，考察艙蓋的過開啟角度以及受力狀態來評判過開啟性能。

1.3 卸載工況分析

將施加的載荷卸載，考察卸載之后的殘余角度是否滿足要求。在過開啟-卸載工況下，運用等效塑性應變來描述艙蓋和鉸鏈在加載過程中塑性應變的累積結果。

2、建立有限元模型

2.1 建立艙蓋的有限元模型

整個艙蓋有限元模型處于限位器限位的最大開啟角度，利用Hypermesh中殼單元進行艙蓋有限元模型的建立[3]，內板與外部連接采用梁單元模擬。艙蓋的有限元模型的建立如圖1所示。

圖1 艙蓋有限元模型

2.2 設定邊界條件和分析步

第一分析步為考慮艙蓋自重工況，該工況需要約束全部自由度，來防止艙蓋和鉸鏈在重力作用下繞各自軸線旋轉而導致的計算結果不收斂。

第二分析步為加載工況，在艙蓋鎖處沿著艙蓋開啟切線方向施加200N載荷，強迫艙蓋繼續開啟。在加載工況時，需要移除鉸鏈繞Y軸旋轉的自由度，其它約束保持不變。

第三分析步為卸載工況，移除施加在艙蓋鎖處的外力。

3、后處理結果分析

3.1 艙蓋和鉸鏈受力評估

應用Abaqus軟件中Job模塊對有限元模型進行求解[4]。利用Hyperview后處理功能進行數據分析，鉸鏈和艙蓋的最大應力如圖2、圖3所示，艙蓋的最大應力出現在卸載過程中艙蓋與鉸鏈的連接處附近，鉸鏈的最大應力出現在加載過程中鉸鏈與限位器連接的螺栓處附近，艙蓋的最大應力為250.1Mpa，鉸鏈的最大應力為478Mpa。

圖2 艙蓋卸載應力圖

圖3 鉸鏈加載應力圖

零件所用材料的抗拉壓力值如表1所示[5]，最大應力均小于零件所用材料的最大抗拉壓力，鉸鏈和艙蓋均無破壞風險。

表1 材料的許用應力值

3.2 等效塑性應變分析

由于受到外力作用，艙蓋和鉸鏈會產生塑性變形，塑性變形的累積會導致零件變形失效，

圖4表示艙蓋的最大等效塑型應變，艙蓋的等效塑性應變的最大值為2.088%，圖5表示鉸鏈的最大等效塑型應變，由圖可知鉸鏈的等效塑性應變最大值為1.619%。艙蓋和鉸鏈在過開啟過程中的等效塑性應變均小于材料的許用值，艙蓋和鉸鏈的設計滿足要求。

圖4 艙蓋等效塑性應變圖

圖5 鉸鏈等效塑性應變圖

3.3 過開啟角度和殘余角度分析

過開啟角度是指鉸鏈連線的中點與艙蓋鎖點處所組成的射線在加載前后的夾角，設鉸鏈連線中點處的坐標為O，艙蓋鎖在加載前后的坐標分別為A和B，則∠AOB采用余弦定理計算艙蓋的過開啟角度值。由Hyperview中可知，三點的坐標分別為O（33.48，904.04），A（-485.19，1464.01），B

3.3 螺栓受力云圖

螺栓的受力云圖如圖6所示，螺栓的最大應力值為115Mpa，小于螺栓的許用應力，所以螺栓的受力滿足要求，無失效風險。

圖6 螺栓受力云圖

4、結論

利用Abaqus軟件隱式算法求解器中靜力學功能分析艙蓋的過開啟，對艙蓋過開啟實現全面的評估與分析。艙蓋在200N的載荷作用下，其過開啟角度和卸載之后的殘余角度均滿足設計要求，在艙蓋過開啟過程中螺栓預緊力小于許用應力值，無破壞風險，在過開啟過程中鉸鏈、艙蓋均會產生塑性變形，但其塑性變形均在設計的要求范圍之內。

參考文獻

[1] 廖君.汽車前后艙蓋有限元模態分析研究.[M]裝備制造技術, 2007.11.

[2] 孫凌玉.汽車車身動態設計的理論與應用研究 [M].

[3] HyperWorks10.0 User’s Manual [M].2010.

[4] 莊茁等.Abaqus/Standard 有限元軟件入門指南[M].北京：清華大學出版社,1998.

[5] 劉鳴放,劉勝新主編金屬材料力學性能手冊北京:機械工業出版社,2011.

The research on the safety performance of engine bonnet and hinge

Li Mingzhe, Fu Jingshun, Wang Junfeng
（Shenyang University of Technology mechanical engineering institute, Liaoning Shenyang 110870）

Abstract:The engine bonnet is an important open part in the body structure, according to thedesign requirement, the engine bonnet should have necessary overbending angle to fulfill the requirement in structure and function.To analyze the overbending of the engine bonnet by the Abaqus static function, the overbending angle and residual angle are calculated.Check the PEEQ of hinge and engine bonnet. The simulation results show that the engine bonnet meet the requirement of design with no risk of failure.

Keywords:Overbending; Statics analysis; The equivalent plastic strain

中圖分類號：U464.9

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)02-30-03

作者簡介：李明哲，就讀于沈陽工業大學機械工程學院。