基于有限元法的某SUV前门力学性能仿真研究

陈聪

基于有限元法的某SUV前门力学性能仿真研究

陈聪

（江铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330001）

文章基于有限元法，采用ABAQUS软件，对某SUV车型前门系统进行了CAE抗凹、窗框刚度、扭转刚度分析，分析结果显示，前门窗框刚度、扭转刚度、和抗凹性能满足设计目标。

SUV；前门；力学性能

1 引言

随着国家经济快速发展，商用轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。车门作为汽车车身的一部分，由外门板、内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板等组成，并通过焊接成一体，车门需具备足够的刚强度，以保证车身结构综合性能的发挥[2-3]，故研究SUV前门力学性能，具有重要的经济和社会价值。

本文基于有限元法，采用HyperMesh和ABAQUS软件，对某乘用SUV前车门系统进行了CAE刚度和抗凹分析，分析结果显示，车门刚度满足设计目标，综合评估该前门力学性能满足要求。

2 前门CAE刚度分析

2.1 前门系统有限元模型

本文采用Hyperworks软件，对某SUV车型前车门系统进行了有限元建模，网格尺寸大小5mm，车门钣金材料为DC01，DC04系列，其弹性模量E=210000MPa，泊松比0.3，部分附属件采用一维单元Mass单元模拟，车门总质量为22kg，有限元模型如图1所示。

图1 某SUV前门FEA模型

2.2 前门CAE窗框侧向刚度分析

本文采用ABAQUS软件，对某SUV车型前车门进行了窗框侧向刚度分析，约束车身侧铰链处123自由度，释放转动自由度，约束锁扣处的23自由度，载荷分为如下四步加载，Step1：考虑自重；Step2：前后角点施加垂直于窗框密封面的载荷180N；Step3：持续加载到360N；Step4：卸载。边界条件如图2所示。

图2 前门窗框侧向刚度分析边界条件

本文按照上述分析加载工况，得到如图3的分析结果，汇总分析（表1），车门前角点在180N工况下，最大位移为5.54mm，卸载后，最大位移为0.06mm，后角点在180N工况下，最大位移为5.37mm，卸载后最大位移为1.14mm，满足设计目标。

表1 前门窗框侧向刚度分析结果表

2.3 前门CAE扭转刚度分析

图4 前门扭转刚度分析边界条件

本文对前门进行了扭转刚度分析，约束车身铰链的全部自由度，同时约束门锁处的Y向和Z向平动和转动自由度，在门锁处施加绕X轴扭矩271Nmm/-271Nmm，如图4。

本文按照上述条件进行了前门扭转刚度分析，得到如图5所示的CAE分析结果，汇总前门观测点位移值如表2，在扭转271Nm时，测量点1的Y向位移为-0.07mm，测量点2的Y向位移为1.808mm，扭矩-271Nm时，测量点3的Y向位移为0.054mm，测量点4的Y向位移为-1.888mm，均满足设计目标。

图5 前门扭转刚度分析结果

表2 前门扭转刚度分析结果表

3 前门CAE抗凹分析

本文对某SUV车型前门进行了抗凹分析，约束铰链处全自由度，采用直径D=75mm平圆盘在前门外板进行抗凹分析，Step1法向施加90N的载荷，Step2法向施加225N载荷，然后卸载，边界条件如图6所示。

图6 前门抗凹分析边界条件

本文按照上述边界条件，进行了前门抗凹CAE分析，得到如图7的分析结果，获得各加载节点测量点位移，汇总如表3，测量点1和测量点2的变形量都满足设计目标。

表3 前门抗凹分析结果表

4 结论

本文基于有限元法，采用Hypermesh和ABAQUS软件，对某SUV车型前门系统进行了CAE窗台线刚度、扭转刚度和抗凹分析，分析结果显示：

（1）车门前角点在180N工况下，最大位移为5.54mm，卸载后，最大位移为0.06mm，后角点在180N工况下，最大位移为5.37mm，卸载后最大位移为1.14mm，满足设计目标；

（2）车门扭转刚度和抗凹性能满足设计目标。

综合上述分析结果，本文评估乘用车前车门力学性能满足设计目标。

[1] 田国富.某乘用车车门静态刚度与模态分析[J].制造业制度化, 2020(2):16:21.

[2] 王康.白车身结构的轻量化研究[D].重庆:重庆理工大学,2019.

[3] 陈鸿宇.某型号乘用车前车门结构优化设计[D].安徽:安徽理工大学2019.

Simulation Study on Mechanical Properties of SUV Front Door Based on Finite Element Method

Chen Cong

( Product Development & Technical Center, JiangLing Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

In this paper, based on the finite element method and ABAQUS software, this paper analyzes the CAE anti concave, window frame stiffness and torsional stiffness of a SUV front door system. The analysis results show that the front door frame stiffness, torsional stiffness and anti-concave performance meet the design objectives.

SUV;Front door;Mechanical performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.022

U467

A

1671-7988(2021)03-74-03

U467

A

1671-7988(2021)03-74-03

陈聪，就职于江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心。