某乘用車發蓋屈曲抗凹問題研究

摘 要：對某乘用車進行屈曲抗凹分析，要求其具有一定的屈曲抗凹性能。同時對該發動機蓋外板進行改進優化，對優化后的發動機蓋進行屈曲抗凹分析，分析結果滿足設計要求。在整車上進行發動機蓋屈曲抗凹測試，測試結果與分析結果誤差在5%以內，證明了該發動機蓋仿真模型的正確性；同時在后續的整車路試中，該發動機蓋沒有出現外板凹陷、按壓不回彈等問題，進一步說明了該發動機蓋分析方法的正確性。

關鍵詞：乘用車；發動機蓋抗凹；優化

引言

隨著乘用車的迅猛發展，客戶不僅對乘用車的外觀和配置要求越來越高，對安全的要求也越來越嚴格。客戶買車時習慣性的按壓發動機蓋前端來判斷汽車是否扎實，因此在發動機蓋設計時越來越重視發動機蓋抗凹性能的研究，力求打造“看起來養眼，摸起來養手，坐起來養精蓄銳”更高品質的乘用車。

發動機蓋是最醒目的車身構件，是客戶經常要查看的部件之一。對發動機蓋的主要要求是隔熱隔音、自身質量輕、剛性強。發動機蓋一般由外板、內板、加強板組成。加強板與內板通過點焊連接，外板和內板通過包邊結構和膠固定。由于發動機蓋是客戶經常查看和按壓的部件，所以鈑金抗凹性能不足時按壓出現凹坑，易引起客戶的反感和抱怨。

1 抗凹分析方法

1.1 發動機蓋有限元模型的建立

根據設計提供的初始計算機輔助設計（CAD）設計模型，采用5mm大小的網格并遵循網格劃分的各項技術要求進行有限元網格劃分。模型共有節點150695、單元10000、其中三角形單元5000、占單元格總數的3.3%，網格質量較高。

此外、根據不同的計算項目，需要分別準備不同的模型邊界條件和鉸鏈、撐桿、限位止動塊模型，并采用不用的計算分析方法和軟件（NASTRAN、ABAQUS、RADIOSS、LS-DYNA）。

1.2 模型描述

約束發動機蓋鉸鏈及鎖扣處，通過施加平均載荷和計算屈曲模態的方法進行確定發動機蓋薄弱位置，然后在薄弱位置施加撞擊塊，用400N的垂直力進行撞擊，分析在加載與卸載過程中的變形情況。

提取各加載點的載荷和位移數據，繪制載荷-位移曲線圖，以便直觀衡量不同位置的屈曲抗凹性能，各加載點載荷與位移關系曲線如圖2所示。

根據載荷位移曲線圖繪制匯總表，以便直觀衡量不同位置的屈曲抗凹性能，如圖3所示：

在E3、E4、E5位置剛度不滿足屈曲抗凹性能指標，需要進一步改進。

2 針對屈曲抗凹問題優化方案

根據發動機蓋屈曲抗凹計算結果，在發動機蓋兩側及后部出現較大的應變能，初步分析由于該區域結構剛度不足導致局部性能下降。因發蓋外板剛度與屈曲抗凹性能直接相關，增加外板的屈服剛度有可能提升屈曲抗凹性能。依照這一思路我們考慮采取幾種方案嘗試：

方案1：外板采用烘烤硬化鋼，材料選用HC220B，性能與原材質對比見圖4。在經過涂裝烘烤后材料的屈服強度提升30～60MPa。

采用方案1 結果如圖5、圖6所示。

采用烘烤硬化鋼后發蓋E5位置變為合格，E3、E4位置較原狀態有較大提升，但仍與剛度目標值略有不足。因此需要進一步加強。

因此在采用烘烤硬化鋼基礎上考慮增加無紡布增強墊方案。以E3、E4點為中心，分別增加100*100的鋁箔增強墊，厚度1.5mm。分析結果如圖7、圖8所示。

增加增強墊后E3、E4位置達到剛度目標值要求。

3 結束語

發動機蓋屈曲抗凹性能是白車身性能的重要評價指標之一。文章基于CAE分析的基礎上，開展發動機蓋屈曲抗凹優化設計，探究尋求改進思路的方法，并得到可較好的驗證效果，使該車型獲得良好的屈曲抗凹性能。保證了整車的屈曲抗凹性能，提高了客戶體驗的手感。并且量產車輛的驗證試驗中，屈曲抗凹性能良好。

參考文獻

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