Connector在发动机盖关闭耐久分析中的应用

Connector 在发动机盖关闭耐久分析中的应用在发动机盖关闭耐久分析中的应用 袁立典 一汽轿车股份有限公司 吉林长春 摘要 某车型发动机盖在进行关闭耐久验证试验时 出现一处焊点开裂 利用Abaqus的Connector 功能并借助于Abaqus Explicit求解器计算发动机盖在锁闭过程中焊点区域的动态应力应变 找出 导致焊点开裂的原因并规避此问题 关键词 Connector 发动机盖 关闭耐久 1 1 前言前言 发动机盖是车辆的重要子系统 经常开启关闭 某车型发动机盖在进行关闭耐久验证试验时 出现一处焊点开裂现象 如图 1 所示 利用 Abaqus 的 Connector 功能并借助于 Abaqus Explicit 求解器计算发动机盖在锁闭过程中焊点区域的动态应力应变 找出导致焊点开裂的原因并规避此 问题 图图 1 发动机盖开裂焊点发动机盖开裂焊点 2 2 有限元模型的建立有限元模型的建立 2 12 1 模型运动过程和简化模型运动过程和简化 发动机盖抬升一定高度后使其沿铰链轴自由下落 发动机盖的锁勾最先与锁机构发生接触 如图 2 所示 然后发动机盖与缓冲块接触进一步缓冲发动机盖的下降速度 由此可见 锁机 构对发动机盖运动过程起到至关重要的作用 必须详细并精确模拟 另外缓冲块也需要仔细模拟 图图 2 发动机盖锁机发动机盖锁机构构 2 2 2 2 网格划分网格划分及模型定义及模型定义 模型全局网格尺寸 10mm 在一些局部区域如发动机盖 U 型勾及锁机构止动爪和卡板等发 生接触的区域对网格进行细化以防止接触过程中发生穿透 如图 3 所示 图图 3 发动机盖锁机构网格发动机盖锁机构网格 2 2 1 缓冲块定义 缓冲块用 Axial 类型的 Connector 定义 通过 Elasticity Behavior 定义其非线性弹簧属性 并且考虑其在载荷步初始状态下与发动机盖内板的间隙量 关键词如下 CONNECTOR BEHAVIOR NAME name EXTRAPOLATION LINEAR CONNECTOR ELASTICITY COMPONENT 1 NONLINEAR F1 d1 0 0 F2 d2 0 0 2 2 2 锁机构弹簧定义 锁机构线弹簧也是采用 Axial 类型的 Connector 定义 并且考虑其初始弹簧拉伸力 关键词 如下 CONNECTOR BEHAVIOR NAME name CONNECTOR CONSTITUTIVE REFERENCE Ref length CONNECTOR ELASTICITY COMPONENT 1 K value 0 0 弹簧初始受力大小通过上述的 CONNECTOR CONSTITUTIVE REFERENCE 关键字定义 2 2 3 带有扭转弹簧的铰链定义 采用 Hinge 类型的 Connector 定义铰链 关键字如下 CONNECTOR BEHAVIOR NAME name CONNECTOR CONSTITUTIVE REFERENCE ref value CONNECTOR ELASTICITY COMPONENT 4 k value 0 0 CONNECTOR STOP COMPONENT 4 Stop value 0 01 扭转弹簧初始受力大小通过上述的 CONNECTOR CONSTITUTIVE REFERENCE 关键字定义 铰链限位通过上述 CONNECTOR STOP COMPONENT 4 定义 发动机盖内板 外板及加强板等采用壳单元模拟 内外板之间的粘胶采用实体单元模拟 U 型锁勾采用六面体单元模拟 锁机构止动爪及卡板 考虑其限位 全部采用实体单元模拟 锁弹 簧 考虑初始预拉力 采用线性弹簧单元模拟 缓冲块采用非线性弹簧单元模拟 压缩弹簧 节点数和单元数见表 1 表表 1 1 模型模型的的节节点数和单元数点数和单元数 节点数 单元数 模型 57677 55910 2 2 3 3 材料与属性材料与属性 发动机盖材料为普通钢 在加快计算速度的同时为使计算结果尽可能与实际情况保持一致 发动机盖内板及加强板采用弹塑性材料 其它采用线弹性材料 计算中所使用的材料参数如下 普通钢的材料线弹性参数 弹性模量 210GPa 材料密度 7 85e 3kg m3 泊松比 0 3 2 2 4 4 约束 约束 载荷载荷等边界条件等边界条件 约束 约束车身侧铰链安装支架安装孔的全部自由度 锁机构也约束其安装孔的全部自由度 载荷 对整个模型施加重力场 在初始状态下 如图 4 所示 对发动机盖上的节点施加绕铰链轴 的初始旋转角速度 关键字如下 Initial Conditions type ROTATING VELOCITY 角速度 可由以下公式求出 2 2 1 Jmgh m 为发动机盖质量 h 为发动机盖质心抬升的高度 J 为发动机盖相对于铰链轴的转动惯量 图图 4 4 计算模型计算模型 3 3 分析结果及优化分析结果及优化 分析结果 图 5 所示 表明 模型中疲劳损伤最大的焊点跟试验验证开裂焊点位置吻合 并 且次数也非常接近 由此可见采用 Connector 功能和上述边界条件的有限元模型和实际工况高度 一致 图图 5 5 发动机盖焊点发动机盖焊点疲劳疲