某商用輕卡車門力學(xué)性能仿真研究

肖隆清，鄒夕

某商用輕卡車門力學(xué)性能仿真研究

肖隆清，鄒夕

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330001）

基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對(duì)某商用輕卡車門系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)、剛度和強(qiáng)度分析，分析結(jié)果顯示，車門前二階模態(tài)避開了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，車門剛度和強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合評(píng)估該商用輕卡車門力學(xué)性能滿足要求。

商用車；車門；力學(xué)性能

1 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，商用輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。車門作為汽車車身的一部分，由外門板，內(nèi)門板、上加強(qiáng)板、下加強(qiáng)板、門鎖加強(qiáng)板等組成，并通過焊接成一體，車門需具備足夠的剛強(qiáng)度，以保證車身結(jié)構(gòu)綜合性能的發(fā)揮[2-3]，故研究商用輕卡車門力學(xué)性能，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于有限元法，采用HyperMesh和ABAQUS軟件，對(duì)某商用輕卡車門系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)、剛度和強(qiáng)度分析，分析結(jié)果顯示，車門前二階模態(tài)避開了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率，車門剛度和強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合評(píng)估該商用輕卡車門力學(xué)性能滿足要求。

2 前門CAE輕量化模態(tài)分析

2.1 車門系統(tǒng)有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對(duì)某商用輕卡車門系統(tǒng)進(jìn)行了有限元建模，網(wǎng)格尺寸大小6mm，車門鈑金材料為DC01，DC02系列，其彈性模量E=210000MPa，泊松比0.3，部分附屬件采用一維單元Mass單元模擬，車門總質(zhì)量為24kg，有限元模型如圖1所示。

2.2 車門系統(tǒng)CAE模態(tài)分析

經(jīng)Hypermesh建模后，采用Nastran軟件對(duì)某商用輕卡車門系統(tǒng)進(jìn)行自由模態(tài)分析，對(duì)比其前二階模態(tài)頻率和振型，如圖2所示，一階模態(tài)為扭轉(zhuǎn)模態(tài)為35Hz，二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)為49Hz，滿足目標(biāo)大于29Hz要求。

圖1 某商用輕卡車門FEA模型

3 車門窗臺(tái)線CAE剛度分析

本文采用ABAQUS軟件，對(duì)某商用輕卡車門進(jìn)行了窗臺(tái)線剛度分析，約束鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)軸中點(diǎn)DOF=12345，釋放繞Z軸旋轉(zhuǎn)自由度，約束緩沖塊全自由度。在內(nèi)板和外板的Y方向施加F=200N，測(cè)量選定區(qū)域的平均位移，邊界條件如圖3所示。

圖3 車門窗臺(tái)線剛度分析邊界示意圖

本文按照上述工況，進(jìn)行了車門CAE窗臺(tái)線剛度分析，得到如圖4分析結(jié)果，其中內(nèi)窗臺(tái)線⑤-④段的平均值為0.5mm/200N，內(nèi)窗臺(tái)線⑤-⑥段的平均值為0.53mm/200N，而外板窗臺(tái)線⑤-④段平均值為0.6mm/200N，外板窗臺(tái)線⑤-⑥段平均值為0.7mm/200N，較競(jìng)品車型線剛度值0.46mm/ 200N性能更有優(yōu)勢(shì)。

圖4 車門CAE窗臺(tái)線剛度分析結(jié)果

4 車門CAE強(qiáng)度分析

4.1 車門下沉CAE強(qiáng)度分析

本文對(duì)某商用輕卡車門進(jìn)行了車門下沉CAE強(qiáng)度分析，其有限元模型如圖5所示，模型質(zhì)量為50kg，約束條件為：工況Case1，車門關(guān)閉狀態(tài)，車身截面全約束，門鎖約束Y向平動(dòng)自由度，工況Case2，車門開啟60度，車身截面全約束，門鎖也約束Y向平動(dòng)自由度。載荷加載條件為：Step1即施加車門總成自身重量，Step2即保持車門自身重力，鎖扣處沿Z向負(fù)方向施加F=400N載荷，Step3即保持車門自身重量，卸載集中力，如圖6。

圖5 車門強(qiáng)度有限元模型

圖6 車門強(qiáng)度分析邊界條件

本文按照上述工況，對(duì)車門進(jìn)行了下沉強(qiáng)度分析（圖7），結(jié)果顯示，車門關(guān)閉狀態(tài)，車門最大位移為1.5mm，卸載后殘余變形為0.01mm，車門開啟60度時(shí)，車門最大位移為2.1mm，卸載后殘余變形為0.05mm，滿足目標(biāo)值小于3.5mm要求。

4.2 車門過開CAE強(qiáng)度分析

本文對(duì)某商用輕卡車門進(jìn)行了車門過開CAE強(qiáng)度分析，其加載邊界條件如圖8所示，約束條件為：約束車身截面全自由度，門鎖約束繞Z轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。加載Step1為施加車門自重，Step2為保持自重，鎖扣處沿門開啟方向加載200N集中力，Step3為卸載。

圖8 車門過開CAE強(qiáng)度分析邊界

圖9 車門過開CAE強(qiáng)度分析邊界

本文按上述加載工況，得到車門卸載后殘余變形量（圖9），其中上邊緣殘余變形量為0.2mm，下邊緣殘余變形量為－0.1mm，變形差為0.3mm，小于目標(biāo)值（表1），符合要求。

表1 車門過開CAE分析結(jié)果表

5 結(jié)論

本文基于有限元法，采用Hypermesh和ABAQUS軟件，對(duì)某商用車車門系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)、窗臺(tái)線剛度和強(qiáng)度分析，分析結(jié)果顯示：

（1）車門一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)和二階彎曲模態(tài)分別為35Hz和49Hz，大于目標(biāo)值29Hz，避開了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速共振頻率；

（2）車門窗臺(tái)剛度較競(jìng)品車型車門窗臺(tái)剛度要大，更具優(yōu)勢(shì)；

（3）車門下沉工況最大位移為2.1mm，卸載變形后，殘余變形為0.05mm，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（4）車門過開工況，卸載后車門殘余變形差為0.3mm，小于目標(biāo)值0.7mm。

綜合上述分析結(jié)果，本文評(píng)估某商用輕卡車門力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1] 周冬龍.基于虛擬迭代的某輕卡后橋疲勞分析研究[D].山西:中北大學(xué),2019.

[2] 馮博.基于HyperMesh的某輕卡車門抗凹剛度分析及形貌優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2013(1):13-15.

[3] 王康.白車身結(jié)構(gòu)的輕量化研究[D].重慶:重慶理工大學(xué),2019.

Simulation Study on the mechanical performance of a commercial light truck door

Xiao Longqing, Zou Xi

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

In this paper, based on the finite element method and ABAQUS software, the CAE modal, stiffness and strength analysis of a commercial light truck door system are carried out. The analysis results show that the first two modes of the door avoid the idle frequency of the engine, and the stiffness and strength of the door meet the design objectives. The compreh -ensive evaluation shows that the mechanical properties of the commercial light truck door meet the requirements.

Commercial vehicle; Door; Mechanical performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.022

U463.83+4

A

1671-7988(2021)02-70-03

U463.83+4

A

1671-7988(2021)02-70-03

肖隆清，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。