某多功能商務(wù)車翼子板屈曲抗凹優(yōu)化設(shè)計(jì)

李杰，劉木英，陳曉春

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心乘用車車體設(shè)計(jì)部,安徽合肥 230601)

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某多功能商務(wù)車翼子板屈曲抗凹優(yōu)化設(shè)計(jì)

李杰，劉木英，陳曉春

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心乘用車車體設(shè)計(jì)部,安徽合肥 230601)

主要針對某款多功能商務(wù)車型翼子板屈曲抗凹性能不滿足要求，重點(diǎn)介紹了一種加強(qiáng)方案和計(jì)算機(jī)輔助分析結(jié)果；同時簡析了影響翼子板屈曲抗凹性能的工藝因素，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該從多方面查找翼子板屈曲抗凹性能差的原因并提出整改方案。

翼子板；屈曲抗凹性能；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0　引言

屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷。汽車車身外覆蓋件承受外部載荷作用時抵抗凹陷變形及局部凹痕變形、保持形狀的能力稱為抗凹性，抗凹性是評價和反映覆蓋件表面質(zhì)量和使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)和特性。

車身外覆蓋件如翼子板，通常尺寸較大，型面較為光順，帶曲率且有一定的預(yù)變形，并且因?yàn)橐碜影宓奈恢锰厥庑裕褂眠^程中常常會受到外載荷的作用。如人為的觸摸按壓，靜載荷以及行進(jìn)過程中的振動、風(fēng)阻等動載荷，這些載荷往往會使翼子板形狀發(fā)生凹陷撓曲甚至產(chǎn)生局部永久凹痕。

前期的屈曲抗凹性評價大多是基于試驗(yàn)完成的，隨著有限元數(shù)值模擬技術(shù)在外覆蓋件屈曲抗凹性分析中的不斷完善，通過數(shù)值模擬板材在靜、動態(tài)凹陷情況下的抗凹性能，對預(yù)測和評價板材的抗凹性具有直接的指導(dǎo)意義。

除了設(shè)計(jì)因素，往往工藝因素也是影響翼子板屈曲抗凹性能的重要因素，實(shí)際問題中不容忽視。

1　某多功能商務(wù)車型翼子板介紹

圖1所示深色區(qū)域?yàn)橐碜影逶谡囍械奈恢谩?/p>

翼子板安裝點(diǎn)如圖2所示，翼子板與車身之間有A-K共計(jì)11個安裝連接點(diǎn)。

2　翼子板屈曲抗凹性有限元分析簡介

文中主要考察翼子板靜態(tài)屈曲抗凹性能。

翼子板靜態(tài)抗凹性能原理簡述：根據(jù)凹陷檢測標(biāo)準(zhǔn)，主要通過3個指標(biāo)檢測翼子板的抗凹陷性能：(1)載荷達(dá)到最大時，相應(yīng)的外板上作用點(diǎn)的位移量應(yīng)小于10 mm；(2)當(dāng)載荷加載到400 N并卸載以后，翼子板不應(yīng)有肉眼能明顯看到的凹陷產(chǎn)生，即外板不能發(fā)生較大的塑性變形，按照量化標(biāo)準(zhǔn)可定為塑性變形小于2%；(3)用載荷力-位移量圖表計(jì)算不穩(wěn)定范圍，一般失穩(wěn)范圍小于5 mm。

失穩(wěn)范圍定義為：加載過程中第一條曲線的剛度斜率發(fā)生變化的最大載荷力點(diǎn)(A)與第二條曲線剛開始時測得的最小載荷力點(diǎn)(B)之間的區(qū)域范圍(位移量)。當(dāng)點(diǎn)B與點(diǎn)A之間位移量小于5 mm時，即認(rèn)為滿足抗凹性要求；如果加載過程中只出現(xiàn)一條曲線時，也認(rèn)為滿足抗凹性要求。如圖3所示。

通過以上標(biāo)準(zhǔn)，可以提取出抗凹性分析的標(biāo)準(zhǔn)：最大位移小于10 mm，塑性變形小于2%，失穩(wěn)區(qū)域小于5 mm，殘余變形小于0.5 mm。

3　翼子板屈曲抗凹性能現(xiàn)狀

通過施加平均載荷計(jì)算模態(tài)的方法進(jìn)行翼子板薄弱位置的確定，然后在薄弱位置施加撞擊塊，該車型翼子板施加撞擊塊位置如圖2中P1～P4所示。

翼子板抗凹陷性能的有限元分析結(jié)果如表1所示。

表1　原方案翼子板抗凹性能分析結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果可知：P3處最大變形不滿足要求，P1處最大變形安全系數(shù)較低；而P2、P3、P4三處殘余變形均不滿足要求(<0.5)。

由于翼子板造型特殊性，翼子板材質(zhì)一般使用更加易于沖壓的DC06鍍鋅板；另外，翼子板屬于外造型件，造型凍結(jié)后一般不允許變動。所以無法從提高材質(zhì)以及改變形狀兩個方面增加翼子板的屈曲抗凹性能。

4　翼子板屈曲抗凹性能優(yōu)化方案

根據(jù)分析可知，翼子板抗凹性能較差的位置一般在型面較為平順無各種特征處，考慮采取增加增強(qiáng)墊的方式提高翼子板的抗凹性能。根據(jù)CAE分析結(jié)果和翼子板型面情況，增加增強(qiáng)墊位置如圖4所示。

增強(qiáng)墊規(guī)格為180 mm×120 mm×3 mm，增強(qiáng)墊密度為1.3 g/cm3。

5　翼子板屈曲抗凹性能優(yōu)化方案分析結(jié)果

根據(jù)翼子板靜態(tài)抗凹性能原理，對優(yōu)化后方案進(jìn)行CAE分析，同樣加載在P1、P2、P3、P44個點(diǎn)位置，分析結(jié)果如圖5—8所示。

根據(jù)分析結(jié)果(表2)可知：優(yōu)化后點(diǎn)P1、P3、P4的殘余變形均滿足目標(biāo)值，點(diǎn)P2的殘余變形不滿足要求，但是與目標(biāo)值很接近；有無增強(qiáng)墊對優(yōu)化后方案的點(diǎn)P3、P4最大變形和殘余變形影響較大。綜合比較以上數(shù)據(jù)：增加的3塊增強(qiáng)墊有效地提高了翼子板的屈曲抗凹性能。

表2　優(yōu)化方案翼子板抗凹性能分析結(jié)果

6　影響翼子板屈曲抗凹性能的原因總結(jié)

實(shí)際生產(chǎn)中影響翼子板屈曲抗凹性能除了設(shè)計(jì)原因，工藝原因也是不容忽視的一部分。設(shè)計(jì)原因主要有：

(1)大多翼子板型面過于平順，型面上無加強(qiáng)筋等特征來提高翼子板抵抗外力作用下變形的能力；

(2)料厚不足，材質(zhì)強(qiáng)度較低。翼子板的工藝成型較為復(fù)雜，翼子板沖壓所使用的板材一般為低碳鋼普板，易于拉延成型；同時翼子板作為外覆蓋件，并不承擔(dān)整車所受的力，屬于車身上的非結(jié)構(gòu)件，處于減重節(jié)能目的，翼子板料厚一般設(shè)計(jì)為0.7 mm或者0.8 mm。這兩個原因也是影響翼子板屈曲抗凹性能的重要因素；

(3)翼子板安裝點(diǎn)布置不合理。翼子板安裝點(diǎn)的設(shè)計(jì)很重要，除了滿足整車外觀間隙面差的要求，還要滿足翼子板自身的穩(wěn)定型需求；

(4)適當(dāng)?shù)卦黾又蚊芏取Ｖ蚊芏仁怯绊懸碜影蹇拱夹阅艿闹匾蛩刂唬Y(jié)合輕量化、安全性等其他車身性能需求，適當(dāng)增加支撐密度是提升翼子板整體抗凹性的重要方法。

工藝原因主要有合理的模具壓邊力。壓邊力是影響翼子板屈曲抗凹性能的工藝因素之一，增大壓邊力，可以減少回彈量，增大板材的拉伸量，使板材的內(nèi)張力增大，從而間接提高了翼子板的承載能力。

7　結(jié)論

一般通過提高料厚或者增加增強(qiáng)墊來提高車身上翼子板的屈曲抗凹性能是周期最短、成本最低的方案。在此車型翼子板上，如果通過增加料厚來提高翼子板屈曲抗凹性能(料厚由0.7 mm提高至0.8 mm)，則質(zhì)量增加0.42 kg；通過增加增強(qiáng)墊的方式質(zhì)量增加0.28 kg，從減重考慮，增強(qiáng)墊是更優(yōu)的選擇方案。

【1】夏長高.汽車車身結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

【2】范子杰.汽車車身CAE基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

【3】黃金陵.汽車外覆蓋件設(shè)計(jì)[J].含能材料,2008,16(2):233-237.

Optimization Design of Buckling Concave-resistance of Fender of Multifunctional Commercial Vehicles

LI Jie, LIU Muying, CHEN Xiaochun

(Research & Development Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Hefei Anhui 230601, China)

It was aimed at a kind of multifunctional commercial vehicles fender which buckling concave-resistance performance did not meet the requirements. A kind of strengthening scheme and computer aided analysis results were mainly introduced. At the same time, the process factors influencing the fender buckling concave-resistance performance were introduced. In real production process, it should be found the reasons of poor fender buckling concave-resistance performance from many sides, then improvement scheme should be put forward.

Fender; Buckling concave-resistance performance; Optimization design

2016-05-17

李杰(1988—)，男，學(xué)士，助理工程師，從事車體設(shè)計(jì)工作。E-mail：jff103120@163.com。

U270.1+2

A

1674-1986(2016)07-034-04