下彎梁總成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

陸毅初 龐慶 黎海

摘 要：通過對(duì)目前某車型下彎梁總成結(jié)構(gòu)框架較弱，散熱器和冷凝器安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足等問題進(jìn)行分析，并對(duì)下彎梁總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高整車扭轉(zhuǎn)剛度、NVH性能及碰撞性能。

關(guān)鍵詞：下彎梁;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;動(dòng)剛度

1 引言

隨著人們需求的進(jìn)一步升級(jí)，對(duì)車輛操控、安全、NVH等性能的要求越來越高。下彎梁總成作為車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，集成前保險(xiǎn)杠、散熱器、中冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)下蓋板、線束等安裝點(diǎn)，對(duì)車輛的框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)、安碰及NVH有著重要影響。

本文針對(duì)某車型下彎梁總成結(jié)構(gòu)框架弱，安裝點(diǎn)動(dòng)剛度不足，制造工藝性不佳等問題，通過對(duì)下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高下彎梁總成框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、碰撞性能及NVH性能。通過這一實(shí)例，總結(jié)了下彎梁總成結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后進(jìn)一步優(yōu)化車身零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

2 下彎梁總成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分析

2.1 下彎梁總成功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

下彎梁總成位于車身前下端，連接左右前縱梁，是車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，集成前保險(xiǎn)杠、散熱器、中冷器、發(fā)動(dòng)機(jī)下蓋板、線束等安裝點(diǎn)。下彎梁總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：下彎梁總成通過點(diǎn)焊或螺栓與前縱梁連接，分別與上彎梁、上彎梁立柱組成一個(gè)封閉的框型結(jié)構(gòu)。某車型的下彎梁總成設(shè)計(jì)為單板“U”型結(jié)構(gòu)，與縱梁通過螺栓連接，如圖1所示：

2.2 下彎梁總成結(jié)構(gòu)分析

通過對(duì)現(xiàn)在下彎梁總成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析、CAE模擬計(jì)算，以及零件在制造過程中的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不佳：下彎梁與縱梁連接結(jié)構(gòu)為單板結(jié)構(gòu)，連接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，對(duì)整車扭轉(zhuǎn)剛度提升貢獻(xiàn)較低;

2.安裝點(diǎn)NVH性能不佳：下彎梁為倒“U”形單層鈑金結(jié)構(gòu)，且散熱器安裝點(diǎn)無(wú)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，且安裝點(diǎn)Y向離縱梁較遠(yuǎn)，散熱器安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足（目標(biāo)≥600N/mm），動(dòng)剛度低，影響整車NVH性能的提升，通過利用CAE等工具對(duì)其進(jìn)行模擬分析，其動(dòng)剛度值如表1所示;

3.碰撞性能不佳：下彎梁Y向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，在碰撞過程中，前縱梁Y向變形大;

4.制造工藝不佳：下彎梁總成為總裝件，在車身焊接時(shí)車身前端缺少Y向支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致左右前縱梁總成易左右竄動(dòng)，降低零件合格率，如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

針對(duì)現(xiàn)有下彎梁總成存在的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，為解決其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺陷，在不影響周邊零件結(jié)構(gòu)的前提下，從以下三個(gè)方面對(duì)下彎梁總成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：

1.下彎梁與下彎梁連接板A/B通過焊點(diǎn)（左右各4個(gè)）進(jìn)行連接，連接板A/B通過點(diǎn)焊與前縱梁側(cè)面、底面進(jìn)行連接。接板結(jié)構(gòu)形成一個(gè)封閉腔體結(jié)構(gòu)，使應(yīng)力可以快速的傳遞至縱梁，且結(jié)構(gòu)受力方向由剝離力變化為剪切力，大大增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度;下彎梁與縱梁連接結(jié)強(qiáng)度構(gòu)的增強(qiáng)，提高了整車扭轉(zhuǎn)剛度和車輛碰撞安全性能，結(jié)構(gòu)如圖3所示;

2.在下彎梁開口方向增加封板，新增的封板與下彎梁構(gòu)成一個(gè)封閉的腔體結(jié)構(gòu)，提高了下彎梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，大幅提升散熱器和冷凝器安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度、整車扭轉(zhuǎn)剛度及車輛碰撞安全性能。

3.散熱器安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化：在散熱器安裝點(diǎn)處增加倒“U”字形加強(qiáng)板，其與下彎梁型面貼合，通過點(diǎn)焊與下彎梁連接，提高散熱器安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度，如圖4所示;

4 下彎梁總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)踐結(jié)果

通過對(duì)下彎梁總成新結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析及實(shí)車驗(yàn)證，其效果如下：

1.提高了下彎梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，散熱器安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度大幅提升（X/Y/Z向提升≥600%），解決此處結(jié)構(gòu)NVH性能不佳的問題，其動(dòng)剛度值如表2所示;

2.下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，與上彎梁一起構(gòu)成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，整車的扭轉(zhuǎn)剛度提升10%;

3.下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，提高下彎梁對(duì)前縱梁在碰撞中的Y向支撐，使前縱梁能沿X向壓潰，提高車輛碰撞安全性能;

4.提高車身前端框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性，防止白車身在制造運(yùn)輸過程中左右竄動(dòng)，提高零件合格率。

5 小結(jié)

下彎梁總成作為車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)、安碰及NVH有著重要影響。本文通過對(duì)某車型下彎梁總成存在的一些結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行分析，提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方向，并制定有效、可靠的改進(jìn)方案，并輔助利用有限元軟件分析工具進(jìn)行校核，最終達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、NVH、安碰、制造工藝等性能提升的目的。在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮零件的使用功能、邊界條件等因素，結(jié)合在實(shí)際制造過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題，及合理利用有限元軟件進(jìn)行理論校核，提高結(jié)構(gòu)的可靠性，最后達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃天澤、黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[2]張小虞.汽車工程手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，200l.

[3]周昌玉 賀小華 《有限元分析的基本方法及工程應(yīng)用》 ?化學(xué)工業(yè)出版社2006.