CN109992816A - 一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法，包括：第一步，在HyperMesh软件中进行保险杠的造型模拟，并在保险杠的中性层面进行网格划分，然后设定保险杠壁厚的初期值和每个网格区域壁厚的变量值；第二步；将在HyperMesh软件中建立的模型导入ABAQUS软件，并按照以下步骤对保险杠表面的网格区域逐一进行壁厚刚性应变分析：第三步，根据第二步确定的各个网格区域的最小壁厚值设计保险杠表面的壁厚分布，相邻区域存在壁厚差时，按照壁厚差的100倍设置过渡区的宽度。本发明能够最大程度地降低前保险杠的重量和成本，并避免注塑缺陷，在科学满足保险杠刚性设计要求的同时，实现保险杠的薄壁化、轻量化设计。

Description

一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法

技术领域

本发明涉及汽车保险杠制造技术领域，尤其是涉及一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法。

背景技术

汽车保险杠是车辆重要的安全防护装置，通常安装在车辆的最前端和最后端。在目前降成本、轻量化的趋势下，作为重要外观件和安全件的保险杠，其设计需要兼顾刚度和成本要求。以往薄壁保险杠的设计研究方向主要集中在材料的改进上，一般采用高流动性、高韧性、高强度和高刚性的改性聚丙烯材料实现薄壁化。由于壁厚均匀，容易出现部分区域刚度过低导致保险杠安全性能不达标，或者部分区域刚度过剩导致保险杠材料成本增加的现象。

发明内容

本发明提供一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法，目的在于解决现有薄壁保险杠不能兼顾刚度和成本要求的问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的渐变壁厚分布的保险杠设计方法，包括以下步骤：

第一步，在HyperMesh软件中进行保险杠的造型模拟，并在保险杠的中性层面进行网格划分，然后设定保险杠壁厚的初期值和每个网格区域壁厚的变量值；

第二步；将在HyperMesh软件中建立的模型导入ABAQUS软件，并按照以下步骤对保险杠表面的网格区域逐一进行壁厚刚性应变分析：

1）在保险杠周围选取自由度约束控制点，对保险杠进行全约束、或者X、Z向约束、或Y、Z向约束；

2）选择其中一个网格区域作为待分析区域，将保险杠其他区域的壁厚设为初期值，将待分析区域的壁厚按照变量值进行改变；在每一个变量值下，均向待分析区域的中心点线性加载一定范围的力，进行非线性求解，获得待分析区域在该变量值下对应的壁厚变形量；根据最大允许壁厚变形量，确定待分析区域的最小壁厚值；

3）按照步骤2）确定其他网格区域的最小壁厚值；

第三步，根据第二步确定的各个网格区域的最小壁厚值设计保险杠表面的壁厚分布，相邻区域存在壁厚差时，按照壁厚差的100倍设置过渡区的宽度。

本发明提供的渐变壁厚分布的保险杠设计方法，能够最大程度地降低前保险杠的重量和成本，并避免注塑缺陷，其通过刚性CAE仿真模拟技术分析保险杠表面不同壁厚对刚性形变的响应，指导保险杠表面不同区域的壁厚设计，在科学满足保险杠刚性设计要求的同时，实现保险杠的薄壁化、轻量化设计。

附图说明

图1是实施例中前保险杠的网格划分及网格中心点分布示意图。

图2是实施例中前保险杠自由度约束控制点的分布示意图。

图3是图1中前保险杠（左侧部分）的壁厚及过渡区分布示意图。

具体实施方式

本发明所述的渐变壁厚分布的保险杠设计方法，是一种通过CAE仿真技术进行薄壁刚性分析的设计方法，不仅适用于保险杠的薄壁化设计，也适用于仪表板、门护板等大型注塑件的薄壁化设计。

以下通过前保险杠的薄壁化设计过程来说明本发明所述的设计方法。

第一步，将保险杠造型面中性层数据以iges格式导入到HyperMesh软件中，在软件中对保险杠造型面中性层进自动网格划分，网格大小设定为80-110mm²，保险杠造型面中性层被划分为18个面积接近的区域。根据对称原则，本实施例中仅研究图1中保险杠左侧部分的9个网格区域；然后，将保险杠造型面中性层的壁厚初期值设为2.5mm，并分别对上述9个网格区域的壁厚进行变量设置，具体地，每个网格区域的壁厚均设置2.8mm、3.0mm、2.2mm三个变量值；

第二步；将在HyperMesh软件中建立的模型导入ABAQUS软件，并按照以下步骤对第一步中选定的网格区域逐一进行壁厚刚性应变分析：

1）在保险杠表面选取与车体、车灯相配合的固定点，进行模拟实车约束，具体地，如图2所示，将保险杠边缘标注为a的各点与车身前端支架及两侧翼子板进行固定，形成XYZ向全约束；将保险杠边缘标注为b的各点与车身前大灯进行Y向卡接固定，形成Y向及Z向约束；将保险杠边缘标注为c的各点与车身两侧翼子板进行X向卡接固定，形成X向及Z向约束；

2）选择图1中标号为①的网格区域作为待分析区域，将该区域的壁厚设为2.8mm，将保险杠其他区域的网格壁厚设为初期值2.5mm，之后，在待分析区域的中心点A（见图1）线性加载从零开始到98N的力，进行非线性求解，获得A处的壁厚变形量（见表1），该数值可直接反映出待分析区域壁厚为2.8mm时对应的壁厚变形量；再将待分析区域的壁厚分别设为3.0mm、2.2mm，在其余参数不变的情况下，仍线性加载从零开始到98N的力，进行非线性求解获得相应的壁厚变形量（见表1）；并根据最大允许壁厚变形量（见表1），确定该待分析区域的最小壁厚值；

3）按照步骤2）确定其他8个网格区域的最小壁厚值；需要注意的是，由于保险杠不同区域的刚性及形变要求不同，因此，施加在图1网格区域①-⑨中心处的压力最大允许值不同，大约在45-150N之间，具体如表1所示。

第三步，将第二步确定的各最小壁厚值作为保险杠上对应网格区域的壁厚值，同时，当相邻网格区域存在壁厚差时，应设置如图3所示的过渡区（图中为阴影所示区域），且过渡区的宽度按照壁厚差的100倍进行设置，以此防止不同壁厚间存在突变时容易导致注塑成型过程中产生缩水、麻面、应力集中、表面熔接痕等工艺缺陷。

本实施例中保险杠造型的其它具体参数为：材料弹性模量1950Mpa，密度1.0g/cm³,泊松比为0.35，接触摩擦系数0.2。

以上图表1为选定网格区域不同壁厚变形量分析表。

Claims (1)

1.一种渐变壁厚分布的保险杠设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步，在HyperMesh软件中进行保险杠的造型模拟，并在保险杠的中性层面进行网格划分，然后设定保险杠壁厚的初期值和每个网格区域壁厚的变量值；

第二步；将在HyperMesh软件中建立的模型导入ABAQUS软件，并按照以下步骤对保险杠表面的网格区域逐一进行壁厚刚性应变分析：

1）在保险杠周围选取自由度约束控制点，对保险杠进行全约束、或者X、Z向约束、或Y、Z向约束；

2）选择其中一个网格区域作为待分析区域，将保险杠其他区域的壁厚设为初期值，将待分析区域的壁厚按照变量值进行改变；在每一个变量值下，均向待分析区域的中心点线性加载一定范围的力，进行非线性求解，获得待分析区域在该变量值下对应的壁厚变形量；根据最大允许壁厚变形量，确定待分析区域的最小壁厚值；

3）按照步骤2）确定其他网格区域的最小壁厚值；

第三步，根据第二步确定的各个网格区域的最小壁厚值设计保险杠表面的壁厚分布，相邻区域存在壁厚差时，按照壁厚差的100倍设置过渡区的宽度。