某商用車后視鏡系統(tǒng)力學(xué)性能仿真研究

李炎

某商用車后視鏡系統(tǒng)力學(xué)性能仿真研究

李炎

（江西五十鈴汽車有限公司 制造部，江西 南昌 330010）

文章基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)，強度和剛度分析，分析結(jié)果顯示，后視鏡模態(tài)避開了發(fā)動機共振頻率，強度和剛度性能要優(yōu)于競品車型后視鏡性能，同時對后視鏡系統(tǒng)進行了NVH模態(tài)測試，與CAE分析結(jié)果趨勢對標(biāo)一致，綜合評價滿足設(shè)計目標(biāo)。

商用車；后視鏡；力學(xué)性能

1 引言

隨著國家經(jīng)濟復(fù)蘇快速發(fā)展，商用車銷量得到迅猛增長，由于其經(jīng)濟性和便利性，已經(jīng)成為運輸貨物的必然選擇[1]。商用車外后視鏡是保障行車安全，提供駕駛便利的汽車外觀組成零件[2]，而良好的強度、NVH、剛度性能對于后視鏡系統(tǒng)來說，具有重要的影響作用。

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)，強度和剛度分析，分析結(jié)果顯示，后視鏡模態(tài)避開了發(fā)動機共振頻率，強度和剛度性能要優(yōu)于競品車型后視鏡性能，同時對后視鏡系統(tǒng)進行了NVH模態(tài)測試，結(jié)果顯示，與CAE分析結(jié)果趨勢對標(biāo)一致，綜合評價滿足設(shè)計目標(biāo)。

2 后視鏡系統(tǒng)CAE分析

2.1 模態(tài)分析理論

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有模態(tài)頻率及其模態(tài)振型是分析結(jié)構(gòu)振動特性的基礎(chǔ)，通過模態(tài)分析可以確定結(jié)構(gòu)的振動特性[3]。

后視鏡的振動方程為[4]：

式（2）中，為結(jié)構(gòu)固有頻率，當(dāng)后視鏡固有頻率和工作頻率接近，會出現(xiàn)共振風(fēng)險，產(chǎn)生較大振幅，降低其壽命。

2.2 后視鏡系統(tǒng)有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對某商用車后視鏡系統(tǒng)（圖1）進行了有限元建模，網(wǎng)格尺寸大小4mm，后視鏡桿為DC01材料，后視鏡頭采用一維Mass單元模擬，質(zhì)量為3.9Kg，對門鉸鏈約束全自由度，提取其模態(tài)頻率和振型，有限元模型如圖2所示。

圖1 某商用車后視鏡

圖2 商用車后視鏡FEA模型

2.3 后視鏡模態(tài)分析

經(jīng)Hypermesh建模后，采用Nastran軟件對后視鏡系統(tǒng)進行模態(tài)分析，得到如圖3所示的頻率分布和振型圖，其中1階頻率27Hz，而2階頻率30Hz，避開了發(fā)動機共振頻率。

圖3 后視鏡系統(tǒng)模態(tài)分析結(jié)果

2.4 后視鏡強度分析

本文對某商用車后視鏡進行了強度分析，工況為：X向3g，Y向3g，Z向5g，同上述模態(tài)分析約束條件一致，約束鉸鏈全自由度，得到如圖4的車門和后視鏡桿系強度分析結(jié)果。

表1為后視鏡系統(tǒng)三個工況下的強度分析結(jié)果匯總表，其中X向3g工況，車門最大應(yīng)力為89.5MPa，小于DC05材料屈服強度，外后視鏡桿最大應(yīng)力為10.6MPa，遠小于SPCC材料屈服強度。Y向3g工況，車門最大應(yīng)力為130.7MPa，外后視鏡桿最大應(yīng)力為9.9MPa，Z向5g工況，車門最大應(yīng)力140MPa，外后視鏡桿最大應(yīng)力23.9MPa，均小于對應(yīng)材料屈服強度。

表1 后視鏡系統(tǒng)強度分析結(jié)果表

2.5 后視鏡剛度分析

本文對某商用車框架式后視鏡系統(tǒng)進行剛度分析，約束門鉸鏈全自由度，在外后視鏡質(zhì)心位置處加載Z向F=200N，邊界條件如圖5所示。

圖5 后視鏡系統(tǒng)剛度分析邊界條件

按照上述邊界條件，對基礎(chǔ)車和競品車后視鏡進行了剛度對比分析，競品車后視鏡系統(tǒng)最大位移為1.35mm，研究車型最大位移為0.94mm（圖6）。

圖6 后視鏡剛度分析結(jié)果

表2為后視鏡系統(tǒng)剛度對比分析結(jié)果，F(xiàn)=200N，競品剛度為147.5N/mm，而研究車型剛度為212.1N/mm，優(yōu)于競品。

表2 后視鏡系統(tǒng)剛度對比分析

3 后視鏡系統(tǒng)NVH試驗分析

本文采用LMS測試設(shè)備，對某商用車后視鏡系統(tǒng)進行了模態(tài)測試試驗，共獲得左右后視鏡系統(tǒng)前2階模態(tài)試驗結(jié)果，如圖7所示，其中后視鏡1階頻率為20Hz，2階頻率為29Hz，與CAE模態(tài)分析趨勢結(jié)果對標(biāo)一致。

圖7 后視鏡模態(tài)測試結(jié)果

4 結(jié)論

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統(tǒng)進行了CAE模態(tài)，強度和剛度分析，分析結(jié)果顯示：

（1）后視鏡系統(tǒng)一階模態(tài)為27Hz，二階模態(tài)為30Hz，避開了發(fā)動機怠速頻率；

（2）后視鏡系統(tǒng)和車門在各工況下，最大應(yīng)力都在材料屈服強度以下，滿足靜強度要求；

（3）后視鏡系統(tǒng)剛度性能要優(yōu)于競品車后視鏡系統(tǒng)剛度性能；

（4）NVH模態(tài)實測結(jié)果與CAE分析結(jié)果對標(biāo)一致性較好。

綜上，本文研究的商用車后視鏡系統(tǒng)模態(tài)，剛度和強度性能滿足設(shè)計目標(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] 裴正驊.汽車外后視鏡造型設(shè)計研究-以榮威360車型為例[D].甘肅:蘭州理工大學(xué),2019.

[3] 陳軍.Adams 技術(shù)與工程分析實例[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[4] 木標(biāo).某客車車架結(jié)構(gòu)性能分析及優(yōu)化[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué), 2013.

Simulation Study on the Mechanical Properties of Rear View Mirror System of a Commercial Vehicle

Li Yan

（Jiangxi Isuzu Motors Co., Ltd. Manufacturing Department, Jiangxi Nanchang 330010）

In this paper, based on the finite element method and Nastran software, CAE strength, model and stiffness analysis of the rear view mirror system of a commercial vehicle are carried out. The analysis results show that the NVH model avoids the resonance frequency of the engine, and the strength and stiffness performance are better than those of the competitive models. At the same time, the NVH modal test is carried out, which is consistent with the trend of CAE analysis, the evaluation meets the design objectives.

Commercial vehicle; Rear view mirror system; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.030

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

李炎，就職于江西五十鈴汽車有限公司制造部。