基于ANSYS軟件的天窗玻璃托板的有限元分析

許明春 胡雋雋 韓鵬

摘 要：天窗玻璃托板是天窗總成中主要的承載部件，其強度直接決定著天窗的運行安全，分析天窗玻璃托板的強度等關鍵結構參數對天窗總成具有十分重要的意義。結合ANSYS軟件對天窗玻璃托板進行有限元分析，其結果對天窗框架總成結構優化設計具有一定的意義。

關鍵詞：天窗玻璃托板;ANSYS軟件 ;有限元分析

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）14-118-03

Abstract： As the main carrying part for automobile sunroof， the intensity of the glass palletof the sunroof directly affects the operational safety of the whole module. Key structural parameters such as strength play an important role in respect to sunroof design. This article elaborates on finite element analysis of the sunroof glass pallet taking advantage of ANSYS software and the conclusions contribute significantly to the structural optimization design of sunroof general frame.

Keywords： Sunroof glass pallet; ANSYS software; Finite element analysis （FEA）

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-118-03

前言

隨著汽車行業的不斷發展，天窗總成成為越來越多車型的標準配置。而在天窗總成中，天窗玻璃托板是其關鍵承載部件，他的強度直接決定著天窗總成的運行安全。為了保證天窗總成的運行安全，指導天窗玻璃托架結構的優化設計，有限元分析是是分析天窗玻璃托板強度等參數的有效方法，可以為天窗玻璃托板的設計合理性提供依據。下面我們就某款車型的天窗玻璃托板進行有限元分析。

1 分析需求與分析模型

1.1 分析需求

本分析旨在利用ANSYS力學分析軟件對沖床進行力學分析。主要考察托板的強度是否滿足使用需求。本分析主要采用到ANSYS計算軟件的靜力學模塊（Static Structural）、諧響應分析（Harmonic Response）、響應譜分析（Response Spectrum）。

1.2 分析模型

2 分析軟件與有限元分析類型需求分析

2.1 分析軟件

本次分析使用的軟件版本為ANSYS17.0。

ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與多數CAD軟件接口，實現數據的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN， Alogor，I-DEAS， AutoCAD等，是現代產品設計中的高級CAE工具之一。

3 材料數據

從天窗二級部件手冊中查出，天窗玻璃托板的材料清單及性能參數見下表1：

4 有限元網格模型

4.1 單元數、節點數

4.2 網格圖

5 有限元分析計算

5.1 托板分析

5.1.1 模型約束

由結構設計得出，需對托架4個M5孔進行固定：

5.1.2 模型負載

共振點的檢測：

頻率范圍：10～60Hz（180s）;

試驗機加速度：9.8m/s2 ;

共振點的檢測分別在上下方向，左右方向和前后方向上進行。

振動試驗：

共振點2點以上的情況，選擇主要的共振點

共振點沒有的情況，按照以下基準條件實施

振動頻率：33.3Hz

玻璃板中央部加速度：43.1m/s2

有共振點的情況，按照基準條件和共振點條件試驗實施。

5.1.3 共振點檢測分析結果

上下方向共振點試驗結果：由圖4可見，共振點數量為1點，共振頻率為46.6Hz。

左右方向共振點試驗結果：由圖5可見，左右方向共振點數量為0點。

前后方向共振點試驗結果：由圖6可見，前后方向共振點數量為0點。

5.1.4 振動試驗分析結果

上下方向基準條件試驗結果：由應力云圖7得出，托板最大應力為42.1MPa，小于材料極限強度270MPa。

上下方向共振點條件試驗結果：由應力云圖8得出，托板最大應力為247.93MPa，小于材料極限強度270MPa。

左右方向基準條件試驗結果：由應力云圖9得出，托板最大應力為36.47MPa，小于材料極限強度270MPa。

前后方向基準條件試驗結果：由應力云圖10得出，托板最大應力為40.113MPa，小于材料極限強度270MPa。

6 結論

共振點檢測分析中，上下方向共振點數量為1，共振頻率為46.6Hz;前后方向、左右方向均沒有共振點。

振動分析中，上下方向基準試驗結果中，托板最大應力為42.1MPa，小于材料極限強度270MPa;上下方向共振點試驗結果中，托板最大應力為247.93MPa，小于材料極限強度270MPa;左右方向基準試驗結果中，托板最大應力為36.47MPa，小于材料極限強度270MPa;前后方向基準試驗結果中，托板最大應力為40.113MPa，小于材料極限強度270MPa;符合設計要求。

參考文獻

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[4] GB/T 30037—2013汽車電動天窗總成.