基于NASTRAN的某商用轻卡后车门力学性能仿真研究

陈佳，孙丽娟

（1.江铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330001；2.江西交通职业技术学院 汽车工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

随着新冠疫情复工复产，国家经济重回快速发展阶段，国内的轻卡销量节节攀升，由于其经济实用性，已经成为城乡物流配送运行业运载交通工具的必然选择[1-2]。车门作为轻卡驾驶室的重要组成部件，由内外门板、上下加强板、门锁加强板等零部件组成，并通过激光点焊接组成整体部件，同时，轻卡车门需具备充足的强度和刚度性能，来确保车身系统的结构综合性能的充分发挥[3-5]，故研究轻卡车型后车门力学性能，具有重要的企业和社会价值。

本文基于数值分析及汽车结构材料力学，采用 Nastran软件，对某轻卡左右后车门系统进行了CAE模态、下沉强度和抗凹强度分析，结果显示，该车型的后车门固有模态避开了发动机怠速频率，同时强度满足DVP目标，综合评估该商用轻卡后车门力学性能满足要求。

2 后车门模态分析

2.1 后车门系统有限元模型

本文采用Alter-Hyperworks软件，对某新款开发的轻卡后车门系统进行了有限元建模，网格大小5mm，车门钣金材料为DC01，其弹性模量E=210000MPa，泊松比为0.3，后车门总质量为26kg，有限元模型如图1所示。

图1 某轻卡后车门FEA模型

2.2 后车门系统模态分析

经Hypermesh建模后，采用Nastran商用软件对该新款轻卡后车门系统进行自由模态分析，截取频率为0Hz-100Hz，其中前六阶为后车门刚体模态，提取出后车门自身频率，如图2，其中一阶车门扭转模态为29.4Hz，一阶车门弯曲模态为52.2Hz，满足目标大于28Hz要求。

图2 后车门模态分析结果

3 后车门下坠强度分析

本文采用NASTRAN软件，对该新款轻卡后车门进行了下坠工况的强度分析，其有限元模型如图3所示。其中工况1：提取车身系统模型，车门需处于紧闭状态，约束白车身断面处全自由度。工况2为截取白车身模型，车门处于打开70度角度状态，约束BIW断面处的六个方向自由度，同时约束X方向自由度。载荷施加过程分为：Step1赋予车门自身重力，Step2保持车门自身重力，锁扣处沿负Z方向加500N力，Step3保持车门重力并卸载，边界工况如图3。

图3 后车门下沉分析边界示意图

按照上述工况，本文进行了车门CAE下坠分析，得到图4的分析结果，当加载500N时，关闭状态下，后车门的最大位移时5.46mm，开启70度时，后车门最大位移为5.771mm，满足目标值小于10mm要求，卸载后，关闭状态下的后车门残余变形为 0.058mm，开启 70度时，车门钣金残余变形为0.031mm，满足目标小于1mm。

图4 后车门CAE下沉强度分析结果

4 后车门CAE抗凹强度分析

本文对某新款轻卡后车门进行了CAE抗凹分析，约束门铰链处6自由度，门锁约束三向平动自由度，橡胶限位块约束Y向平动自由度，加载步骤为：Step1即采用直径75mm的全刚性压头进行缓慢加载，压头处施加100N与外板垂直Z方向的冲击，Step2继续加载至225N，Step3卸载，查看残余变形，边界工况如图5。

图5 后车门CAE抗凹强度分析边界条件示意图

图6 F=100N载荷下后车门最大位移结果图

本文如上工况，对该驾驶室后车门进行了 CAE抗凹强度，结果如图6和图7，其中加载点1的最大位移为3.82mm，加载点2的最大位移为 3.67mm，加载点 3的最大位移为 3.96mm，小于目标值5.1mm，而卸载后，加载点1的残余变形0.002mm，加载点2的残余变形为0.003mm，加载点3的残余变形为0.001mm，都小于目标值0.005mm。

图7 卸载下的后车门残余变形结果图

5 结论

本文基于数值分析和有限元理论，采用 Nastran软件，对某商用轻卡的后车门系统进行了CAE模态、下沉强度和抗凹强度分析，CAE分析结果显示：

（1）后车门一阶扭转模态为 29.4Hz，一阶弯曲模态为52.2Hz，满足目标大于28Hz要求；

（2）加载500N和卸载状态下，后车门的最大位移和残余变形量均满足目标要求；

（3）后车门的抗凹工况下的最大位移和残余变形均满足目标设计要求。

综上，本文评估该商用轻卡后车门耐久力学性能满足设计目标。