某型商用車后車門剛度性能分析

黃杰文

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌330200）

1 引言

車門是非常重要的車身覆蓋件，其主要由外板、內板、加強板、玻璃升降器和鉸鏈等部件組成，其通過鉸鏈與白車身連接一起形成一個閉合空間，并起到保護駕駛員安全的作用。車門剛度是指在一定作用力下抵抗變形的能力，通過作用力與及其變形量的比值來確定，是車門極其重要的靜態特性，車門剛度性能不足會引發車門卡死、密封性差、噪聲和振動等問題，對車輛的舒適性和安全性有較大影響。為了驗證某型商用車后車門的剛度性能，基于CAE 技術建立后車門有限元模型，分別對其橫向剛度和垂向剛度性能靜態分析，以評判其結構的合理性，并且為后續的輕量化提供科學指導和借鑒。

2 有限元分析基本思想

有限元分析的基本思想是將結構離散化處理，然后通過節點建立微分方程，再將其變量演變為節點值與插值函數構成的表達式，最后通過變分原理求解，力與位移的平衡方程為[1-2]：

式（1）中：f為結構的載荷列陣；K為結構的剛度矩陣；q為結構節點的位移列陣。

3 建立有限元模型

為了提升求解精度并且節省計算時間，將某型商用車后車門的三維模型導入至Hypermesh 軟件中[3-4]，抽取各個零部件中性面，刪除對剛度性能影響較小的幾何特征，對其缺失面進行填充，采用8 mm 的殼單元對各個零部件進行網格劃分，采用ACM2 單元模擬焊點連接，采用RBE2 單元模擬螺栓連接，根據各個零部件的材料牌號和厚度建立材料屬性并加載，以此建立后車門座有限元模型如圖1 所示。

4 剛度性能分析

4.1 橫向剛度

車門橫向剛度包括窗框橫向剛度和車身腰線開口部橫向剛度，基于后車門有限元模型，采用Nastran 軟件[5-6]約束鉸鏈處12345 的自由度，約束鎖扣處23 的自由度，約束緩沖塊處接地點的123456 自由度，分別在窗框內側棱線的內點、中點和外點沿Y方向施加﹣100 N 的載荷，以此對其進行靜態分析，得到其位移云圖，如圖2、圖3、圖4 所示。由圖2 可知，車門窗框在內點的位移為1.66 mm。由圖3 可知，車門窗框在中點的位移為2.17 mm。由圖4 可知，車門窗框在外點的位移為2.89 mm。三點的位移均小于目標值（5 mm），因此，該后車門窗框橫向剛度性能符合設計標準，能夠滿足使用要求。

圖1 后車門有限元模型

同樣基于后車門有限元模型，并采用Nastran 軟件約束鉸鏈處12345 自由度，約束鎖扣處23 自由度，約束緩沖塊處接地點12346 自由度，在內板重要車身腰線中點下方50 mm 處分別沿Y方向施加﹣100 N 和100 N 的載荷，以此對其進行靜態分析，得到其位移云圖，如圖5 和圖6 所示。由圖5 可知，參考點5 減去參考點4 的位移為0.354 mm，參考點5 減去參考點6 的位移為0.32 mm。由圖6 可知，參考點5 減去參考點4 的位移為0.718 mm，參考點5 減去參考點6 的位移為0.68 mm。兩者的位移均小于目標值（2 mm）因此，該后車門車身腰線開口部橫向剛度性能也滿足設計要求。

圖2 后車門窗框內點的位移云圖

圖3 后車門窗框中點的位移云圖

圖4 后車門窗框外點的位移云圖

圖5 后車門腰線加載﹣100 N 的位移云圖

圖6 后車門腰線加載100 N 的位移云圖

4.2 垂向剛度

基于后車門有限元模型，采用Nastran 軟件約束鉸鏈處12345 自由度，約束鎖扣處2 自由度，在鎖扣處沿Z方向施加﹣800 N 的載荷，對其進行靜態分析。后車門垂向位移云圖如圖7 所示。由圖7 可知，該車門外點的位移為0.659 mm，小于實際工程要求值（2 mm），因此，滿足垂向剛度性能設計要求。

圖7 后車門垂向位移云圖

綜上所述，該后車門的橫向剛度性能和垂向剛度性能均符合要求，能夠有效避免發生失效和故障，為進一步的輕量化設計提供了理論基礎和參考。

5 結論

采用有限元方法建立某型商用車后車門網格模型，分別對其進行約束和加載，得到了其各種工況的位移云圖，其橫向剛度和垂向剛度均符合設計要求，驗證了其合理性和可行性。該分析方法能夠提升產品開發效率，節省試驗費用，為工程應用提供了重要參考依據，有很重要的工程應用意義。