全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顧華朋 張楊 徐望 馬麗春

摘 ?要：本文通過某車型全鋁車身設(shè)計(jì)過程中存在后背門餃鏈安裝點(diǎn)靜剛度不足的問題，從后背門安裝點(diǎn)處截面、搭接結(jié)構(gòu)、料厚等多方面對其靜剛度不足原因進(jìn)行了研究分析，提出提升后背門安裝點(diǎn)靜剛度性能的解決方案，并采取措施對后背門餃鏈安裝點(diǎn)處進(jìn)行多方面優(yōu)化。通過 CAE 分析對改進(jìn)效果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明優(yōu)化后的模型滿足了設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：全鋁車身;后背門較鏈;安裝點(diǎn);靜剛度

中圖分類號：U463.82+1 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1005-2550（2021）03-0089-04

Structural Design of Mounting Point of All Aluminum Body

Back Door

GU Hua-peng1， ZHANG Yang1， XU Wang1， MA Li-chun2

（1. Liaoning Zhongwang Group Co.， Ltd， Liaoyang 111003， China; 2. School of Material Science and Engineer， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract： Based on the problem of insufficient static stiffness of the Mounting point of the back door chain in the design process of an all aluminum car body， this paper studies and analyzes the reasons for the insufficient static stiffness from the cross section， overlapping structure， material thickness and other aspects of the installation point of the back door， puts forward solutions to improve the static stiffness performance of the installation point of the back door， and takes measures to optimize the installation point of the back door chain in many aspects It's not easy. The improvement effect is verified by CAE analysis， and the results show that the optimized model meets the design objectives.

Key Words： Aluminum alloy body; Back door chain; Mounting point; Static stiffness

顧華朋

畢業(yè)于河北科技大學(xué)，碩士研究生，現(xiàn)就職于遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，任生產(chǎn)運(yùn)行副總經(jīng)理，任職期間，榮獲遼寧省科技進(jìn)步一等獎。主要研究方向之一為鋁合金車身及底盤零部件制備關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)外專業(yè)期刊發(fā)表論文4篇。

1 ? ?引言

在汽車的使用過程中，后背門通常易出現(xiàn)異響或晃動的現(xiàn)象，有時甚至?xí)a(chǎn)生關(guān)閉困難或無法關(guān)閉的問題，這些間題與車身上后背門安裝點(diǎn)系統(tǒng)靜剛度有密切的關(guān)系。鋁合金相比于普通鋼材本身強(qiáng)度相對較低一些，因此對全鋁車身的靜剛度和強(qiáng)度提出了更高要求[1]。以某車型全鋁車身為研究對象，根據(jù)后背門鉸鏈安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)靜剛度的仿真結(jié)果，通過改變頂蓋后橫梁以及鉸鏈加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)和料厚等多個方面進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到了后背門鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度要求，并通過CAE模擬分析進(jìn)行驗(yàn)證。

2 ? ?安裝點(diǎn)靜剛度目標(biāo)

2.1 ? 安裝點(diǎn)靜剛度定義

簡單來講靜剛度就是車身施加的載荷力與其產(chǎn)生的車身最大變形撓度之比，或使車身單位撓度所需的載荷大小[2]。

其中：EI—彎曲靜剛度，N/mm;F—安裝點(diǎn)最大載荷，N;△Z—安裝點(diǎn)對應(yīng)的最大位移，mm。

2.2 ? 監(jiān)測點(diǎn)選取

為了更準(zhǔn)確直觀的反應(yīng)后背門鉸鏈安裝點(diǎn)的變形情況，我們選取螺栓過孔的中心點(diǎn)為監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)p1、p2、p3、p4位置，如圖1所示：

2.3 ? 性能目標(biāo)值設(shè)定

參考設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對標(biāo)數(shù)值（表1），將研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度目標(biāo)值確定為1000N/mm[3]。

3 ? ?CAE仿真分析

對研究對象的3D數(shù)模建立有限元分析模型進(jìn)行仿真，經(jīng)計(jì)算研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)各監(jiān)測點(diǎn)的靜剛度如表2所示：

分析結(jié)果顯示，研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)4處監(jiān)測點(diǎn)的靜剛度在500N/mm左右，與設(shè)計(jì)目標(biāo)值1000N/mm存在較大的差距。

4 ? ?分析結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

4.1 ? 鉸鏈安裝點(diǎn)截面分析[5]

將研究對象全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)處的截面與市面上兩款競品車進(jìn)行對比分析，考察是否存在結(jié)構(gòu)上的不合理情況。

如圖2至圖4所示，將車身截面圖對比分析，研究對象的全鋁車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)的截面結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)車型的截面結(jié)構(gòu)均采用了較為可靠封閉腔體的結(jié)構(gòu)形式，且安裝點(diǎn)處均為三層板以上，總厚度在4.5mm左右，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不是后背門鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度不足的主要原因[4]。

4.2 ? 周邊搭接結(jié)構(gòu)分析

如圖5至圖7所示，將研究對象的全鋁車身的鉸鏈加強(qiáng)板搭接結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)區(qū)域與競品車型進(jìn)行對比分析。

對比圖中的加強(qiáng)區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)，如圖5所示，研究對象車型的鉸鏈安裝加強(qiáng)板只是單純的一個盒子件形式與頂蓋后橫梁內(nèi)板進(jìn)行搭接，工況載荷下的應(yīng)力幾乎全部集中在鉸鏈安裝點(diǎn)的平面上，最終導(dǎo)致了靜剛度嚴(yán)重不足。

此外我們對比發(fā)現(xiàn)競品車型鉸鏈安裝加強(qiáng)板的料厚基本上在1.5mm左右，考慮到鋁合金的強(qiáng)度相比于傳統(tǒng)的鋼材強(qiáng)度要更低一些，因此料厚也是影響鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度不足的另一方面原因。

4.3 ? 優(yōu)化方案

經(jīng)過前期的多方面分析，針對研究對象的全鋁車身的后背門安裝點(diǎn)靜剛度不足問題，提出以下的幾個優(yōu)化方案：

（1）優(yōu)化鉸鏈安裝加強(qiáng)板。如圖8所示，原來的結(jié)構(gòu)中鉸鏈安裝加強(qiáng)板只是一個小的盒子件結(jié)構(gòu)，于頂蓋后橫梁內(nèi)板只有4個SPR點(diǎn)的連接，應(yīng)力過于集中?，F(xiàn)將其延長，增加與頂蓋后橫梁的搭接區(qū)域，增加6個SPR點(diǎn)位置。讓鉸鏈安裝加強(qiáng)板末端與流水槽產(chǎn)生搭接面，增加1個SPR點(diǎn)，提升整體的靜剛度性能。

x

（2）優(yōu)化側(cè)圍上邊梁加強(qiáng)板。如圖9所示，將加強(qiáng)板與頂蓋后橫梁外板以及后流水槽的結(jié)構(gòu)搭接進(jìn)行延長，并且與鉸鏈加強(qiáng)板也設(shè)計(jì)了搭接結(jié)構(gòu)，形成一個具有良好的力傳導(dǎo)的三向通道結(jié)構(gòu)，提升整體靜剛度性能的前提下也保證了后背門鉸鏈安裝點(diǎn)的局部靜剛度。

（3）鉸鏈安裝加強(qiáng)板加厚。將全鋁車身的鉸鏈加強(qiáng)板料厚由1.5mm增加到2.0mm。

4.4 ? 優(yōu)化方案效果驗(yàn)證

根據(jù)優(yōu)化方案進(jìn)行3D數(shù)模的修改設(shè)計(jì)，重新建立車身的有限元模型，將優(yōu)化改進(jìn)后的模型進(jìn)行分析計(jì)算。分析結(jié)果顯示車身后背門鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度的四處監(jiān)測點(diǎn)均達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)值的要求，各監(jiān)測點(diǎn)的靜剛度如表3所示：

5 ? ?總結(jié)

全鋁車身和鋼鋁混合車身是未來汽車白車身的主要發(fā)展方向[6]，由于全鋁車身和傳統(tǒng)車身在連接形式上存在一定差異，有些結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上存在不同的需求。本文針對全鋁車身開發(fā)過程中后背門鉸鏈安裝點(diǎn)靜剛度不足問題進(jìn)行了研究，通過對后背門鉸鏈安裝點(diǎn)處的截面、搭接結(jié)構(gòu)及料厚進(jìn)行了對比分析，提出了多個方面的改進(jìn)方案，并將優(yōu)化后的數(shù)模進(jìn)行CAE仿真分析，最終優(yōu)化后的后背門鉸鏈靜剛度達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)值的要求。目前針對全鋁車身后背門鉸鏈靜剛度的設(shè)計(jì)驗(yàn)證研究文獻(xiàn)較少，本文對后續(xù)同類車型的研發(fā)提供了一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬驪溟，朱智民，楊斌.轎車白車身有限元靜剛度與試驗(yàn)靜剛度對比[J].長安大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，33（6）：110-114.

[3]詹雯，時西芳，沈紅榮.后背門鉸鏈安裝點(diǎn)（骨架側(cè)）性能提升方案[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2016，54（5）：82-84.

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[6]袁海波，褚東寧，康明，等.輕金屬材料鋁和鎂在東風(fēng)汽車上的應(yīng)用[J].汽車科技，2011（4）：1-5.