1 前言
汽車頂蓋開天窗后，局部剛度會(huì)降低，當(dāng)剛度不足時(shí)，在高速行駛，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)及噪音，影響汽車的使用性能，嚴(yán)重的情況下天窗會(huì)掉下。汽車頂蓋的局部抗凹性能是反映頂蓋剛度性能的重要特性, 因此其抗凹性能分析越來越受到設(shè)計(jì)部門的重視。
HyperMesh是一個(gè)高性能的有限元前、后處理器，擁有全面的CAD和CAE求解器接口、強(qiáng)大的幾何清理和網(wǎng)格劃分功能，能夠高效地建立各種復(fù)雜模型的有限元和有限差分模型。本文借助HyperMesh前處理軟件和非線性求解器的計(jì)算方法，對(duì)某車型頂蓋剛度通過抗凹性仿真模擬進(jìn)行了對(duì)比分析，得到120N載荷下天窗的頂蓋局部位移曲線及云圖，為整車開發(fā)的前期設(shè)計(jì)提供了參考。
2 分析模型
2.1 有限元模型的截取
頂蓋的有限元模型截取自白車身。在模型截取過程中既要使截取后的頂蓋模型計(jì)算后與實(shí)物保持一致，又要使有限元模型盡量簡單。鑒于以上考慮，將白車身及頂蓋總成的CATIA模型導(dǎo)入HyperMesh，并進(jìn)行幾何清理，在HperMesh軟件中截取白車身的有限元模型，模型網(wǎng)格的基本尺寸采用5mm×5mm建模，共有154640 個(gè)單元。最后的模型如下圖1所示。
圖1 頂蓋有限元模型
2.2 材料與屬性
本次分析涉及7種材料，由于要考慮頂蓋的塑性變形，除了給出材料的彈性模量和泊松比外還給出了材料發(fā)生塑性變形后的塑性應(yīng)變和應(yīng)力的曲線。
3 邊界條件
頂蓋的抗凹剛度性能分析要考慮幾何非線性、材料非線性及接觸非線性。在分析中，采用解析剛體模擬剛性壓頭，在薄弱區(qū)域建立剛性面與頂蓋之間接觸關(guān)系。120N載荷施加在剛性面上，載荷方向沿著考察點(diǎn)曲面的法向。天窗用剛性體模擬，天窗的質(zhì)量以集中質(zhì)量加在天窗的質(zhì)心處。約束A/B/C柱截面的DOF123，邊界條件如圖2所示。
圖2 頂蓋邊界條件
分析分為兩個(gè)載荷步：
第一步：天窗自重下，頂蓋的變形；
第二步：施加位移載荷，在選取分析考察點(diǎn)建立垂直于外板的局部坐標(biāo)系，在剛性面參考點(diǎn)沿局部坐標(biāo)系Z軸施加120N載荷。
4 計(jì)算結(jié)果及分析
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量頂蓋剛度最弱的區(qū)域作為抗凹點(diǎn)的分析位置，具體選擇在下圖所示天窗右下角，與天窗邊緣的距離為50mm處，從HyperView后處理軟件查看計(jì)算結(jié)果，得到在天窗自重下及120N載荷下的變形如下圖3，圖4所示。計(jì)算、分析值與實(shí)驗(yàn)值比較接近。
圖3 天窗自重下變形
圖4 120N的變形
表1 HyperView后處理計(jì)算結(jié)果
此時(shí)開天窗后的頂蓋的抗凹性較弱，變形較大，不能接受，需要進(jìn)行局部加強(qiáng)優(yōu)化。
5 結(jié)構(gòu)改進(jìn)
為了解決現(xiàn)有車型頂蓋剛度不足問題，在不增加零件模具的情況下，通過在天窗附近區(qū)域粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片，來加強(qiáng)頂蓋的剛度。工程上提出了3種粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片的方案：
方案一：在天窗四周貼加強(qiáng)片，如圖5所示；
圖5 天窗四周貼加強(qiáng)片
方案二：在天窗四周部分區(qū)域貼加強(qiáng)片，如圖6所示；
圖6 天窗四周部分區(qū)域貼加強(qiáng)片
方案三：在天窗后部一個(gè)區(qū)域貼加強(qiáng)片，如圖7所示；
圖7 天窗后部一個(gè)區(qū)域貼加強(qiáng)片
分析結(jié)果如下圖所示：
圖8 貼加強(qiáng)片分析的結(jié)果圖
表2 3種方案跟原型對(duì)比的分析結(jié)果
從上面的分析結(jié)果可知，方案1與方案3對(duì)安裝天窗后的頂蓋剛度不足問題有了很大的改善，方案3的改善效果與方案1相差不大，且方案3所貼的加強(qiáng)片較少，成本降低達(dá)2/3。綜合考慮可知方案3最優(yōu)。
6 總結(jié)
本文利用HyperMesh強(qiáng)大的畫網(wǎng)格功能及HyperView強(qiáng)大的后處理功能，很方便進(jìn)行建模與后處理結(jié)果提取分析。對(duì)某車型開天窗后的頂蓋進(jìn)行了抗凹性分析，分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)較一致。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)頂蓋的整體剛度性能做了評(píng)價(jià)，并提出了優(yōu)化方案，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)證明優(yōu)化改進(jìn)后的頂蓋剛度性能得到了明顯的改善。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://m.hanmeixuan.com/
本文標(biāo)題：HyperWorks在某車帶天窗頂蓋的剛度分析中應(yīng)用
本文網(wǎng)址：http://m.hanmeixuan.com/html/solutions/14019311765.html
相關(guān)文章
