某純電動汽車后背門的抗凹分析和試驗研究

陳健，董華東

(奇瑞新能源汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241000)

0 引言

隨著我國經濟近年來的飛速發展，人們在物質生活上得到一定保障的同時，對于車輛的駕駛性能需求也不斷提高，包括駕駛穩定性、安全性及舒適的駕駛感受等。后背門是汽車上重要的一個閉合件，其結構復雜、曲面較多，同時后背門也是車門分成系統中尺寸最大的，其結構設計的合理性對汽車性能影響至關重要[1-3]。所以文中根據汽車零件的設計要求需要分析研究其結構穩定性能，后背門不僅保證乘車員隔音隔熱，還能保證其駕駛的舒適性與安全性[4-5]。

背門的抗凹性能分析是汽車開發過程中一項重要的驗證步驟。本文作者利用ABAQUS有限元分析軟件對某款純電動汽車的后背門作為研究對象，建立后背門抗凹有限元分析模型，對后背門的抗凹性能進行分析，同時也在后期進行了現場抗凹試驗驗證，并進行抗凹的試驗對標，保證其仿真結果的可靠性和有效性。

1 汽車后背門抗凹分析

1.1 建立模型

根據車身部門提供的后背門數據模型，利用Hypermesh前處理工具對后背門數據模型進行有限元網格劃分，前處理后的網格模型如圖1所示，該模型包括后背門內外板、鉸鏈和鎖扣，后背門有限元模型總成采用S3R、S4R單元，鉸鏈采用B31單元，網格基本尺寸為5 mm，模型總質量13.12 kg。網格尺寸根據車門通用建模規范取5 mm左右。

圖1 后背門CAE模型

1.2 材料參數

后背門CAE分析模型的材料由PP+EPDM-T30、PP-LGF40及玻璃組成，具體參數見表1[6]。

表1 后背門材料參數

1.3 分析工況

根據公司的汽車后背門分析規范得出其分析工況如圖2所示，鉸鏈安裝孔及鎖扣中心處約束123456，緩沖塊處約束3。

圖2 抗凹分析加載工況

采用直徑為80 mm的橡膠壓頭，每個考察點作為一個獨立工況進行抗凹分析，在壓頭加載點處施加200 N壓力。

1.4 計算結果與分析

文中的抗凹分析選取了后背門的8個關鍵薄弱點作為主要分析對象，如圖3所示。通過ABAQUS分析軟件計算得出最終的分析結果，而后在Hyperview軟件中進行結果后處理得到最終的關鍵點的位移云圖和壓頭的載荷位移曲線，其分析結果如圖4和圖5所示。

圖3 后背門抗凹測試

圖4 關鍵點位移云圖

圖5 關鍵點壓頭載荷位移曲線

根據公司的后背門抗凹分析規范，規定目標值為10 mm。從唯一云圖可以看出在后背門關鍵點5、6、7、8的最大位移小于目標值，而關鍵點1、2、3、4的最大位移略微大于目標值。由于文中分析的后背門主要材料為塑料件，所以殘余變形量基本為0，不作為評價抗凹性能要求的標準。

2 抗凹試驗結果分析與對比

文中抗凹試驗過程只用到后背門，試驗工況與仿真工況基本相同，約束方式也與仿真過程中約束相同，采用壓頭仍然為80 mm橡膠壓頭，如圖6所示。測量外板的關鍵點的最大位移，力的加載方向垂直于外板表面。

圖6 橡膠壓頭

表2為最大變形量試驗與仿真對比分析。

表2 最大變形量試驗與仿真對比分析

根據抗凹試驗得出數據整理后與仿真數據進行對比分析，可以看出試驗值基本符合抗凹變形量目標值要求。前4個點的試驗值要比仿真值整體小，可能是因為材料參數導致，往往試驗模型的材料彈性模量和密度較低，同時試驗加載方向由試驗員肉眼和經驗觀察所得，也可能導致一定的誤差，另外試驗儀器存在一些測量誤差也會使試驗數據與仿真數據產生一定的差異。通過對比分析試驗值和仿真值，得出誤差在20%以內，抗凹CAE分析模型可靠有效。

3 結論

(1)根據原后背門抗凹CAE模型仿真分析后得到結果基本符合預期目標值。

(2)根據試驗和CAE的分析對比可知，試驗值基本符合目標值，同時誤差值基本在20%以內，驗證了抗凹CAE模型的可靠性。

(3)仿真分析模型與抗凹試驗結果有較高的吻合度，使得在后續的開發中對抗凹仿真分析結果有足夠的可信度。