CN103034749A - 基于cae分析的汽车车门入侵的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法。建立车身有限元模型，选取半边车身模型；设定碰撞条件后对车门抗撞性能进行评价；并主要通过车锁锁扣、车门防撞侧梁等结构等参数的依次递进修改来增加车门抗撞性能。本发明对车门结构和连接参数进行建模，对车门侧撞进行仿真，得到车门抗撞性能的评价结果；在评价结果不满足要求时，采用对整车结构影响由小到大的参数改变，提高抗撞性能指标，降低设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助设计领域，具体地说是一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法。
技术背景
汽车车门作为车身的一个重要部件,不仅需要有足够的刚度,而且应该满足抗撞性的要求。研究表明,车门是车辆发生侧面碰撞时的一个主要承载件,其抗撞性能的好坏直接影响到整车侧面碰撞性能的优劣。汽车车门抗撞性可以通过试验来评价，如果制作试验用车进行试验，测试中需在车内安置假人，一次试验的成本很高。在车辆结构设计过程中采用计算机进行仿真模拟碰撞，并模拟得到车门侧面碰撞变形入侵数据，可以评价车门结构及各连接部分对车门抗撞性的影响，并排除很大一部分的结构设计缺陷以及材料选择问题，减少试验车试验次数，降低试验成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，对汽车车门在侧面碰撞中的变形进行仿真，对车门的结构和连接抗撞性进行评价，降低汽车设计的试验成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，具有以下步骤：
a、建立车身有限元模型，选取半边车身模型；
b、根据实际结构设定车门外板、车门内板及车门防撞侧梁的材料、尺寸及连接关系；
c、根据实际结构设定车门周边与车架的连接关系，包括车门前侧与A柱的铰接、车门后侧与车锁锁扣的扣接、车门周边其他位置与车门框的自然抵接；
d、设定车锁锁扣的材料；
e、车门外板的外侧设置竖直放置的半圆柱型冲头，冲头底部高于车门底边至少127mm，冲头顶部高于车窗下边缘至少13mm，冲头中心线对齐车门底边以上127mm高度的中心线；
f、在车身及冲头两者之间加载相向的挤压力，测定车门入侵量与受力关系曲线，对车门抗侧撞性能进行评价。
通过车门侧撞车门入侵仿真模拟，建立完整的车门结构、连接关系模型，能对不同参数条件的车门抗撞性进行评价。根据仿真模拟可知，影响车门防撞性能主要在于车门本身结构以及车门与门框的连接，车门受到侧撞后主要是车门外板和车门防撞横梁的变形，因此两者对车门抗撞性能有很大的影响，车门结构受板材的制约，而对于车门防撞横梁，可以通过选择不同的参数提高车门抗撞性；另外，车锁锁扣的性能对车门防撞性能也起着关键作用，在撞击过程中，车锁锁扣失效前，车门变形入侵量与承受的冲击力同步上升、呈明显的线性关系，而车锁锁扣失效后，车门相同的变形入侵量能承受的冲击力大大降低；因此提高车锁锁扣的可靠性也是提高车门抗撞性能的重要途径。因此，通过CAE分析对车门侧面撞击进行模拟，能对车门的抗撞性得到理论评价结果，可以代替部分实物试验，减少设计过程中的试验成本。
作为优选，评价结果需满足一下条件为合格，初始耐挤压力（在位移压缩到0-152mm）时不低于10000N；中间耐挤压力（在位移压缩到0-305mm时）不低于15560N；最大耐挤压力（在位移压缩到0-457mm时）不低于相当于整车整备质量的2倍的力或31120N两者中较小值。
作为优选，如车门变形未达到预计值而车锁锁扣扣环断开失效，则重新设定车锁锁扣扣环材料后重复步骤d-f。由仿真数据可见，在撞击过程中，车锁锁扣失效前，车门变形入侵量与承受的冲击力同步上升、呈明显的线性关系，而车锁锁扣失效后，车门相同的变形入侵量能承受的冲击力大大降低；因此提高车锁锁扣的可靠性也是提高车门抗撞性能的重要途径。车锁锁扣的材料改变对整车结构影响基本为零。
作为优选，如达到变形预计值而车锁锁扣完好，而车门变形达到预计值时受力过小，则重新设定车门防撞侧梁口径、材料、位置中的一个或几个参数，并重复步骤b-f。如果车门门锁处满足要求，则首先通过防撞侧梁的重新设计，提高车门抗撞性能，防撞侧梁的改动对整车结构的影响小。
本发明提供一种基于CAE分析的汽车车门入侵评价方法，对车门结构和连接参数进行建模，对车门侧撞进行仿真，得到车门抗撞性能的评价结果；在评价结果不满足要求时，采用对整车结构影响由小到大的参数改变，提高抗撞性能指标，降低设计成本。
附图说明
图1是本发明冲头与车门位置示意图。
图2是本发明侧面碰撞仿真后车门外板变形示意图。
图3是本发明侧面碰撞仿真后车门防撞侧梁和车门内板的变形示意图。
图4是本发明变形入侵量与耐挤压力的曲线图。
图5是本发明车锁锁扣结构示意图。
图6是车锁锁扣受力与侧面碰撞时间的关系图。
图7是档车锁锁扣强度不足时，车锁锁扣失效前后的车门耐挤压力变化图。
图中：1.车门，2.冲头，3.车架，4. 车锁锁扣。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，本实施中采用primer premier软件完成，步骤如下：
a、建立车身有限元模型，选取半边车身模型；
b、根据实际结构设定车门外板、车门内板及车门防撞侧梁的材料、尺寸及连接关系；
c、根据实际结构设定车门1周边与车架3的连接关系，包括车门前侧与A柱的铰接、车门后侧与车锁锁扣的扣接、车门周边其他位置与车门框的自然抵接；
d、设定车锁锁扣4的材料；
e、如图1所示，车门1外板的外侧设置竖直放置的半圆柱型冲头2，冲头底部高于车门底边至少127mm，冲头顶部高于车窗下边缘至少13mm，冲头中心线对齐车门底边以上127mm高度的中心线；
f、在车身及冲头两者之间加载相向的挤压力，测定车门入侵量与受力关系曲线，对车门抗侧撞性能进行评价；评价结果需满足一下条件为合格，初始耐挤压力（在位移压缩到0-152mm）时不低于10000N；中间耐挤压力（在位移压缩到0-305mm时）不低于15560N；最大耐挤压力（在位移压缩到0-457mm时）不低于相当于整车整备质量的2倍的力或31120N两者中较小值；
g、如车门变形未达到预计值而车锁锁扣扣环断开失效，则重新设定车锁锁扣扣环材料后重复步骤d-f；
h、如达到变形预计值而车锁锁扣完好，而车门变形达到预计值时受力过小，则重新设定车门防撞侧梁口径、材料、位置中的一个或几个参数，并重复步骤b-f；
图2、图3为车门侧面碰撞仿真后，车门外板及车门内部的变形示意图，图2中A处为车门外板变形最大区域、B处为车锁锁扣位置，由图中可见，车门外板变形量以冲击点为中心向外侧呈环状分布，车锁锁扣在碰撞仿真后失效，车锁锁扣与车门脱离扣接。图3可见，C处为车门防撞侧梁最大变形处，而车架门框的车门铰链处、车锁锁扣下侧位置分别受拉伸和挤压而变形，但变形处侵入驾驶室的可能性不大。因此，影响车门处侧面碰撞的车门入侵量，主要在于车门结构的变形处，变形量与受力大小关系。
图4为车门变形入侵量与承受的耐压力之间的关系，图4的试验结果可见，车门的变形量与耐压力满足要求。
图5为车锁锁扣4结构，选取图中参照面为受力面。图6为车锁锁扣4在碰撞仿真中受力与时间的曲线图，车锁锁扣4受力随时间变大。
若车锁锁扣4的强度不足，则车门变形入侵量与承受的耐压力曲线试验结构如图7所示，图7中当车门变形入侵量达到300mm左右时候，车锁锁扣4受力过大而失效，车门抗撞性能将急剧下滑，因此可以通过车锁锁扣4材料改进增加其最大受力，提高车门抗撞性能。
Claims (4)
1. 一种基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，其特征在于：具有以下步骤：
a、建立车身有限元模型，选取半边车身模型；
b、根据实际结构设定车门外板、车门内板及车门防撞侧梁的材料、尺寸及连接关系；
c、根据实际结构设定车门周边与车架的连接关系，包括车门前侧与A柱的铰接、车门后侧与车锁锁扣的扣接、车门周边其他位置与车门框的自然抵接；
d、设定车锁锁扣的材料；
e、车门外板的外侧设置竖直放置的半圆柱型冲头，冲头底部高于车门底边至少127mm，冲头顶部高于车窗下边缘至少13mm，冲头中心线对齐车门底边以上127mm高度的中心线；
f、在车身及冲头两者之间加载相向的挤压力，测定车门入侵量与受力关系曲线，对车门抗侧撞性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，其特征在于：评价结果需满足一下条件为合格，初始耐挤压力（在位移压缩到0-152mm）时不低于10000N；中间耐挤压力（在位移压缩到0-305mm时）不低于15560N；最大耐挤压力（在位移压缩到0-457mm时）不低于相当于整车整备质量的2倍的力或31120N两者中较小值。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，其特征在于：如车门变形未达到预计值而车锁锁扣扣环断开失效，则重新设定车锁锁扣扣环材料后重复步骤d-f。
4.根据权利要求1或2所述的基于CAE分析的汽车车门入侵的评价方法，其特征在于：如达到变形预计值而车锁锁扣完好，而车门变形达到预计值时受力过小，则重新设定车门防撞侧梁口径、材料、位置中的一个或几个参数，并重复步骤b-f。
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