电动乘用车车门的扭转刚度分析

王彪　吕振伟　陈西山　王丹迎　牛小钦

摘要：建立车门的有限元模型，在两种工况下对车门的扭转刚度进45-分析。通过和以往车型的车门刚度的结果对比

分析，满足设计要求，从而为车门的设计提供参考。

关键词：车门；扭转刚度；HyperWorks

车门是整个车身结构的重要部件，车门刚度是车门设计中的重要参数。在车门设计时，如果车门的刚度不满足设计要求，使用过程中可能会出现车门变形量大，从而导致车门关闭不严、车门卡死、噪声等现象。因此设计时要考虑到在行驶和碰撞的情况下将车门应力和变形限制在一定范围内，要求车门具备足够的强度和刚度。

车门的有限元分析是车身设计开发过程中的一个重要环节。本文基于工程软件HyperWorks对某电动乘用车车门的扭转刚度进行了分析，了解车门的刚度特性，为结构设计提供参考依据。

1 HyperWorks简介

在现代机械装备研发过程中，有限元模型的规模越来越大、网格也越来越精细、模型管理越来越复杂，而激烈的市场竞争又要求研发周期不断缩短、投放市场时间不断提前，因此，传统的有限元前后处理器已经远远不能满足这些新的需求。

HyperWorks是Altair公司推出的系列产品，为用户提供了一整套CAE设计和分析多学科工程平台。在汽车安全性分析中，使用HyperWorks的HyperMesh模块对汽车的各个结构进行前处理即CAE建模；RADIOSS求解器进行求解HyperView进行后处理即对仿真分析的结果分析和自动生成报告。

HyperMesh是一個高质量高效率的有限元前处理器，它提供了高度的交互的可视化环境帮助用户建立产品的有限元模型。HyperMesh本身直接支持目前全球通用的各类主流的三维CAD平台，用户可以直接读取模型文件而不需要任何其他数据的转换，从而尽可能避免数据丢失或几何缺陷。另外，HyperMesh具有强大的几何清理功能，可以修补几何模型中的错误或缺失的面，从而提升建模效率。

2建立有限元模型

2.1车门的主要部件及选用的材料

车门主要承受载荷的部件有外板、内板、内板加强板、铰链螺母板、车门导轨、车门前导轨支架和车门铰链等。车门内外板材料均采用DC04，车门铰链采用SPHC，其它采用DC01。材料的弹性模量E=2.1×105MPa，密度为7800kg/m3，泊松比为0.3。

2.2模型简化

在CATIA中建立车门的三维几何模型，然后将其保存成STP格式导入到HYPERWORK中，进行几何清理。原则是：对不影响结构整体强度、刚度的小零件或倒角等，可以忽略不考虑，因为这些会影响网格的质量。车门都是由钣金件组成的，因此采用壳单元划分，以四边形为主，可以有少量的三角形单元，并保证单元的质量符合规定的要求。由于车门玻璃对其刚度影响不大，所以有限元模型中忽略掉车门玻璃。

对于一些工艺孔或内饰安装孔，如果孔小于5mm，可以忽略；对于大于5mm的孔，划分网格时，需要做一个washer，保证孔处网格的质量。

对于焊点，采用正六面体单元和RB3来模拟；螺栓使用RB2刚性单元模拟。考虑到壳单元对刚度的影响，车门的铰链采用实体单元模拟，铰链转动连接处采用梁单元模拟，释放梁单元绕自身的旋转自由度。

3边界条件

3.1约束

约束车身侧铰链的全部自由度；约束门锁处Y方向、Z方向的平动和转动自由度，如下图1所示。

3.2载荷

如图1所示，在车门门锁处施加以下两个工况的载荷：

工况一：门锁处施加绕X轴的扭矩+271000N·mm；

工况二：门锁处施加绕X轴的扭矩-271000N·mm。

4计算结果分析

从图2和图3可以看出，两种工况下，车门应力最大位置在车门锁处，由于此处建立了RB2刚性单元，导致其连接处的单元刚性加强，出现应力集中，此处应力值可以不作为参考。车门其他部位的应力值都小于许用应力210Mpa，满足要求。

如图4所示，选取车门外板上四个观测点，读取两个工况下观测点的Y向位移，然后和目标值进行比较，如下表1所示。从分析结果可以看出：工况一的四个观测点均满足要求，工况二的1/2/3观测点也满足要求，而观测点4的位移处于可以接受的范围。

5结论

本本文使用HYPERWORK软件建立了车门的有限元模型，然后在两个工况下对其进行刚度分析。根据计算出来的结果可以看出，工况一和工况二的均满足设计要求，为结构设计提供参考依据。