CN109697311A - 一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，(1)抽取侧门外板、内板、窗框、内、外板加强板、防撞梁等零件的中面,并设置厚度,接着对以上零件进行有限元网格划分。(2)整体模型连接处理：点焊采用REB3‑HEXA‑REB3单元模拟，铰链用实体单元模拟，螺栓连接处使用BOLT连接，转轴用HINGE单元模拟，侧门外板同外板加强板及防撞梁之间的减震膨胀胶通过Adhesive实现，本发明的汽车车门疲劳强度分析方法,既考虑了钣金疲劳强度也考虑焊点疲劳，一方面能够根据仿真结果预测汽车车门的使用寿命,对其结构进行优化设计,另一方面能够基于仿真结果建立性能参数的变化模型,可以减少汽车车门设计周期和设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车门的优化技术领域，尤其是涉及一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法。
背景技术
车门是汽车车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件，轿车车门一般由外门板、内门板、门窗框、门玻璃导槽、门铰链、门锁以及门窗附件等组成，而且车门钣金上海安装有玻璃升降器、门锁、后视镜等附件。车门关闭过程中，由于车门与侧围碰撞力的以及内外饰、附件等质量惯性力的作用下，车门钣金会出现的疲劳损伤，经过一定的次数积累后就发生钣金或焊点开裂现象，所以必须保证车门钣金以及焊点有足够的疲劳强度，在规定的次数内不发生疲劳开裂。
目前国内对汽车车门疲劳强度的验证方法一般采用经验结构设计,冲压成型、装配后进行开闭耐久试验来验证汽车车门疲劳强度是否满足要求。其存在的缺点是开发车门周期增加,一旦经过试验验证车门结构不满足要求,需要重新进行设计,延长了开发周期并且每设计出一种汽车侧门都要通过试验来验证疲劳强度是否满足要求,试验次数多,试验费用增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种快速、有效的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法,使其设计周期更短,设计成本更低,疲劳寿命预测更加精确，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，(1)抽取侧门外板、内板、窗框、内、外板加强板、防撞梁等零件的中面,并设置厚度,接着对以上零件进行有限元网格划分。
(2)整体模型连接处理：点焊采用REB3-HEXA-REB3单元模拟，铰链用实体单元模拟，螺栓连接处使用BOLT连接，转轴用HINGE单元模拟，侧门外板同外板加强板及防撞梁之间的减震膨胀胶通过Adhesive实现。
(3)门锁模型建立：门锁模型网格全部按照实体网格要求划分，其包含的零件有：棘轮，棘爪，安装板，扭簧，锁扣，其中锁扣通过螺栓连接安装与侧围上；扭簧用赋刚度参数的HINGE单元模拟，其中刚度参数赋在扭簧轴向旋转方向(4方向)。
(4)车门附件处理：车门开闭模型中玻璃升降器采用简化模型，即只建初导轨模型，模拟其关门过程中的惯性力作用，质量单元通过MPC与导轨连接。内外饰主要模拟其因为质量产生的惯性力作用，其中内护板，扬声器，后视镜是在质心处建立集中质量并通过MPC与各自的安装孔连接，而水切，车门装饰板，窗框装饰条则是在接触面上采用均布质量。
(5)接触设置：整个模型除去包边以及包边连接单元外地所有单元建立自接触。
(6)载荷与边界处理：将车门装配在白车身上，并截取侧围地板，约束阶段面上节点的6个自由度。将车门开启15度，在整个车门和铰链旋转端施加角速度ω，其中E为关门能量，取20J即40000Nmm。角速度加载时需要制定车门铰链最外端的两个中心点为旋转轴。
(7)将显示计算的结果文件导入Ncode，搭建疲劳分析流程，计算寿命。根据仿真结果对汽车车门进行合理的评价,如果结果疲劳强度不合理,还需要进行适当的优化,直到仿真结果满足实际需要为止。
作为本发明的一种优选技术方案，所述方法还包括：关门过程中，棘爪处受到的预紧力矩使其能对棘轮实现锁止动作，其预紧力矩的大小并不会影响车门的受力情况，考虑到系统的能量平衡和暴力关门时能正常锁止。
作为本发明的一种优选技术方案，所述网格划分功能的软件为Ansa、Hypermesh处理软件中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述刚度值计算公式：
作为本发明的一种优选技术方案，所述预紧力矩统一设定为3Nmm。
作为本发明的一种优选技术方案，所述自接触的摩擦系数为0.15。
作为本发明的一种优选技术方案，所述角速度ω数值计算公式：
与目前技术相比，本发明的有益效果是：该种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，结构设计完整紧凑，本发明的汽车车门疲劳强度分析方法,既考虑了钣金疲劳强度也考虑焊点疲劳，一方面能够根据仿真结果预测汽车车门的使用寿命,对其结构进行优化设计,另一方面能够基于仿真结果建立性能参数的变化模型,可以减少汽车车门设计周期和设计成本。汽车疲劳耐久试验标准要求前门与后门分别完成10000次、后背门完成30000次开关。周期一般为27个工作日，但是如果采用本发明的分析方法，周期为10个工作日。做一次车门开闭耐久试验费用一般为12.5万元左右，但是采用本发明的有限元分析方法进行验证费用成本相当少，只需支付工程师的工资。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的分析方法流程图；
图2为本发明的某车型车门门锁结构图；
图3为本发明的某车型车门显示计算模型图；
图4为本发明的n-Code软件中疲劳计算流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，方法包括如下步骤：(1)抽取侧门外板、内板、窗框、内、外板加强板、防撞梁等零件的中面,并设置厚度,接着对以上零件进行有限元网格划分。具备网格划分功能的软件为Ansa、Hypermesh等前处理软件中的一种。(2)整体模型连接处理：点焊采用REB3-HEXA-REB3单元模拟，铰链用实体单元模拟，螺栓连接处使用BOLT连接，转轴用HINGE单元模拟，侧门外板同外板加强板及防撞梁之间的减震膨胀胶通过Adhesive实现。(3)门锁模型建立：门锁模型网格全部按照实体网格要求划分，其包含的零件有：棘轮，棘爪，安装板，扭簧，锁扣，其中锁扣通过螺栓连接安装与侧围上；扭簧用赋刚度参数的HINGE单元模拟，其中刚度参数赋在扭簧轴向旋转方向(4方向)，刚度值需按照下列公式计算：
(4)车门附件处理：车门开闭模型中玻璃升降器采用简化模型，即只建初导轨模型，模拟其关门过程中的惯性力作用，质量单元通过MPC与导轨连接。内外饰主要模拟其因为质量产生的惯性力作用，其中内护板，扬声器，后视镜是在质心处建立集中质量并通过MPC与各自的安装孔连接，而水切，车门装饰板，窗框装饰条则是在接触面上采用均布质量。(5)接触设置：整个模型除去包边以及包边连接单元外地所有单元建立自接触，自接触的摩擦系数为0.15。(6)载荷与边界处理：将车门装配在白车身上，并截取侧围地板，约束阶段面上节点的6个自由度。将车门开启15度，在整个车门和铰链旋转端施加角速度ω，角速度ω数值按照下式计算，其中E为关门能量，取20J即40000Nmm。角速度加载时需要制定车门铰链最外端的两个中心点为旋转轴。将显示计算的结果文件导入Ncode，搭建疲劳分析流程，计算寿命。根据仿真结果对汽车车门进行合理的评价,如果结果疲劳强度不合理,还需要进行适当的优化,直到仿真结果满足实际需要为止。(8)在关门过程中，棘爪处受到的预紧力矩使其能对棘轮实现锁止动作，其预紧力矩的大小并不会影响车门的受力情况，考虑到系统的能量平衡和暴力关门时能正常锁止，此预紧力矩统一设定为3Nmm。2、一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述方法还包括：关门过程中，棘爪处受到的预紧力矩使其能对棘轮实现锁止动作，其预紧力矩的大小并不会影响车门的受力情况，考虑到系统的能量平衡和暴力关门时能正常锁止。
网格划分功能的软件为Ansa、Hypermesh处理软件中的一种。刚度值计算公式：预紧力矩统一设定为3Nmm。自接触的摩擦系数为0.15。角速度ω数值计算公式：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)抽取侧门外板、内板、窗框、内、外板加强板、防撞梁等零件的中面,并设置厚度,接着对以上零件进行有限元网格划分。
(2)整体模型连接处理：点焊采用REB3-HEXA-REB3单元模拟，铰链用实体单元模拟，螺栓连接处使用BOLT连接，转轴用HINGE单元模拟，侧门外板同外板加强板及防撞梁之间的减震膨胀胶通过Adhesive实现。
(3)门锁模型建立：门锁模型网格全部按照实体网格要求划分，其包含的零件有：棘轮，棘爪，安装板，扭簧，锁扣，其中锁扣通过螺栓连接安装与侧围上；扭簧用赋刚度参数的HINGE单元模拟，其中刚度参数赋在扭簧轴向旋转方向(4方向)。
(4)车门附件处理：车门开闭模型中玻璃升降器采用简化模型，即只建初导轨模型，模拟其关门过程中的惯性力作用，质量单元通过MPC与导轨连接。内外饰主要模拟其因为质量产生的惯性力作用，其中内护板，扬声器，后视镜是在质心处建立集中质量并通过MPC与各自的安装孔连接，而水切，车门装饰板，窗框装饰条则是在接触面上采用均布质量。
(5)接触设置：整个模型除去包边以及包边连接单元外地所有单元建立自接触。
(6)载荷与边界处理：将车门装配在白车身上，并截取侧围地板，约束阶段面上节点的6个自由度。将车门开启15度，在整个车门和铰链旋转端施加角速度ω，其中E为关门能量，取20J即40000Nmm。角速度加载时需要制定车门铰链最外端的两个中心点为旋转轴。
(7)将显示计算的结果文件导入Ncode，搭建疲劳分析流程，计算寿命。根据仿真结果对汽车车门进行合理的评价,如果结果疲劳强度不合理,还需要进行适当的优化,直到仿真结果满足实际需要为止。
2.一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述方法还包括：关门过程中，棘爪处受到的预紧力矩使其能对棘轮实现锁止动作，其预紧力矩的大小并不会影响车门的受力情况，考虑到系统的能量平衡和暴力关门时能正常锁止。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述网格划分功能的软件为Ansa、Hypermesh处理软件中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述刚度值计算公式：
5.根据权利要求2所述的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述预紧力矩统一设定为3Nmm。
6.根据权利要求1所述的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述自接触的摩擦系数为0.15。
7.根据权利要求1所述的一种基于有限元的汽车侧门开闭耐久强度分析方法，其特征在于，所述角速度ω数值计算公式：
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