交通运输——基于ABAQUS的车门外板抗凹点选取方法分析研究

基于基于 AbaqusAbaqus 的的车门外板指压抗凹点选取方法分析研究车门外板指压抗凹点选取方法分析研究 于贵齐 宋起龙 屈新田 东风汽车公司技术中心 武汉 430058 摘要 摘要 车门外板抗凹性是车门使用性能的重要指标 本文对选取抗凹点位置的三种方法 均匀车门外板抗凹性是车门使用性能的重要指标 本文对选取抗凹点位置的三种方法 均匀 布点法 模态分析法 均布压强法 进行研究 仿真结果表明均匀布点法能够完整反映车门外布点法 模态分析法 均布压强法 进行研究 仿真结果表明均匀布点法能够完整反映车门外 板指压刚度情况 但不确定能找到最薄弱位置 均布压强法能准确地反映车门外板指压刚度薄板指压刚度情况 但不确定能找到最薄弱位置 均布压强法能准确地反映车门外板指压刚度薄 弱位置 若均匀布点法与均布压强法结合使用 能为车型开发及后续改进提供有效地帮助 弱位置 若均匀布点法与均布压强法结合使用 能为车型开发及后续改进提供有效地帮助 关键字 关键字 指压刚度 选点方法 有限元指压刚度 选点方法 有限元 Abstract Dent resistance is an important indictor which is a reflection of the use of automotive panel There are three kinds of methods to find the weakness position of canning analysis including dividing border into five equivalency seams distributing pressure on the out panel and fixed modal analysis It shows that dividing border into five equivalency seams makes a full scale result but distributing pressure on the out panel makes an exact result It is better to use both to improve our production Key works Dent resistance Method of Choose FEM 前言 前言 车身覆盖件承受外部载荷作用时抵抗凹陷弯曲及局部凹痕变形 保持形状的能力称为抗 凹性 1 它是评价和反映覆盖件表面质量和使用性能的一项重要指标和特性 车门外板尺寸相对 比较大 带有曲率 有一定的的预变形 在用户使用过程中经常会受到外载荷作用 如人为触摸 按压 行进过程中的振动以及碎石冲击等 这些载荷往往使车门外板发生凹陷挠曲 甚至会产生 局部的永久性变形 将直接影响车辆的外观品质 此外 出于轻量化的要求 节省成本的目的 更薄的高强度钢板在汽车钣金件中的应用也越来越多 逐步成为一大趋势 在车门外板采用高强 板后 会导致外板变软 从而引发板材局部刚度不足等一系列问题 所以解决好覆盖件的抗凹性 能对提高整车综合性能非常重要 对汽车覆盖件抗凹性的研究是伴随着现代汽车工业的飞速发展 而开展起来的 前期的抗凹性评价大部分是基于试验完成的 但随着有限元数值模拟技术在覆盖 件抗凹性应用中的不断完善 通过数值模拟对车门外板等覆盖件进行抗凹性数值分析 对预测和 评价车门外板抗凹性具有重要的意义 目前车门外板抗凹分析过程中抗凹点位置的选取方法有多 种 为保证抗凹分析点的准确性以及完整性需要对选点方法进行分析研究 结合项目开发经验和 相关交流资料 本文以某车前门为对象 对比分析三种不同选点方法的优略 为以后车型开发及 改进中的应用提供有效的参考 1 1 有限元模型的建立 有限元模型的建立 本文以HyperWorks为前 后处理器 以Abaqus standard为求解器 对车门外板进行静态指 压分析 抗凹性分析一般涉及到材料非线性和接触边界非线性问题 非线性问题可以分3种类型 材料非线性 几何非线性和边界条件非线性 材料非线性即材料的应力应变关系为非线性 几何 非线性即位移的大小对结构的响应发生影响 包括大位移 大转动 初始应力 几何刚性化和突 然翻转等问题 边界条件非线性即边界条件在分析过程中发生变化 接触问题就是一种典型的边 界条件非线性问题 其特点是 边界条件不是在计算的开始就全部给出 而是在计算过程中确定 的 接触体之间的接触面积和压力分布随外载荷变化而变化 车门模型主要有外板 内板 防撞 梁 加强板以及焊点 粘胶等组成 建立有限元模型时 车门外板 内板及其他附件钣金件均采 用壳单元模拟 在精度容许的前提下要减少计算时间 需对有限元模型进行优化 基本单元尺寸 10mm 控制三角形单元所占的比例小于5 单元翘曲小于10度 车门铰链划分成实体网格 至少 需要划分3层以上 包边翻边简化 内外板包边的对应节点合并 包边的厚度为两层外板与一层 内板厚度之和 用spot weld模拟点焊部分 使用实体单元Hex模拟粘胶 车门钣金件材料采用弹 塑性材料 详细定义材料应力 应变曲线 前车门有限元模型如图1所示 图图1 1 某车前车门有限元模型某车前车门有限元模型 约束边界 车门铰链安装点 车身端 和门锁中心点全约束 约束压头关联点除Y向平动以外 的自由度 压头与外板的接触处理 在计算过程中 采用基于网格的接触单元来模拟接触 为满足主面 master surface 及从面 slave surface 定义的要求 选择刚性球球面作为主面 车门外 板为从面来创建接触对 其中 主 从面法线方向须相对 两个分析步 第一分析步在压头关联点施加实际载荷 第二分析步卸载 ABAQUS使用 Newton Raphson算法来求解非线性问题 它把分析过程划分为一系列的载荷增量步 在每个增量 步内进行若干次迭代 得到可接受的解后 再求解下一个增量步 所有增量响应的总和就是非线性 分析的近似解 2 2 不同选点方法结果分析 不同选点方法结果分析 不同的选点方法使用的模型 边界 载荷等都是相同的 变化的仅仅是不同的选点方法确定 的加载点位置 对比分析三种选点方法的优缺点 为实际中的应用提供参考 2 12 1 均匀布点法 均匀布点法 均匀布点法的具体选点方法为 车门外板按照纵向和横向分别5等分 等分交点即为抗凹分 析点 每个位置按照矩阵方式的编号 即为i j 其中i 1 4 j 1 4 选择16个抗凹分析点 如 图2所示 各指压点位移云图如图3所示 图图2 2 抗凹点选取示意图抗凹点选取示意图 图图3 3 均匀布点法抗凹点位移云图均匀布点法抗凹点位移云图 从选点方法和选点示意图中可以看出 该方法选取的点能够比较均匀 完整的分布在车门外 板面积内 再结合分析结果综合分析该方法的优缺点概括如下 优点 能够比较完整的反映车门外板指压刚度情况 缺点 不确定能找到车门外板最薄弱的部位 2 22 2 模态分析法 模态分析法 车门铰链安装点和门锁中心点全约束 对车门进行模态分析 分析车门的约束模态结果 筛 选出车门外板局部模态振型 选择车门外板局部模态垂直外板方向位移较大的部位 获得模态分 析法的10个抗凹分析点 如图4所示 各指压点分析位移云图如图5所示 图图4 4 模态分析法抗凹点选取示意图模态分析法抗凹点选取示意图 图图5 5 模态分析法抗凹点位移云图模态分析法抗凹点位移云图 从选点示意图与分析结果总结该方法的优缺点如下 优点 能够比较准确且相对完整的反映车门外板指压刚度情况 缺点 抗凹分析点位置较难确定 需要综合考虑车门外板多阶局部模态 且局部模态处指压 刚度不一定较弱 需要一定的分析经验 2 32 3 均布压强法 均布压强法 首先对车门进行一项静力分析 车门铰链安装点和门锁中心点全约束 对车门外板施加一定 的均布压强 然后求解计算 计算出车门外板各处的位移分布 即承受相同载荷下 变形较大区 域刚度较小 根据计算得到的位移云图确定抗凹点位置 在变形较大的区域选择6个抗凹分析点 如图6所示 各指压点分析位移云图如图7所示 图图6 6 均布压强法抗凹点选取示意图均布压强法抗凹点选取示意图 图 7 均布压强法抗凹点位移云图 该方法优点 能够准确地找到车门外板指压刚度较弱的部位 缺点 对车门外板整体的指压刚度反映不够全面 完整 3 3 对比总结 对比总结 表表1 1 不同选点方法对比不同选点方法对比 表表2 2 不同选点方法优缺点对比不同选点方法优缺点对比 均匀布点法均匀布点法 模态分析法模态分析法 均布压强法均布压强法 优优 点点 能够比较完整的 反映车门外板指 压刚度情况 能够比较准确且相对完整的反映车门外板指 压刚度情况 能够准确地找到 车门外板指压刚 度较弱的部位 缺缺 点点 不确定能找到车 门外板最薄弱的 部位 抗凹分析点位置较难确定 需要综合考虑车 门外板多阶局部模态 且局部模态处指压刚 度不一定较弱 需要一定的分析经验 对车门外板整体 的指压刚度反映 不够全面 完整 通过对比指压分析点的位移值可以得到各选点方法的优缺点 如表 2 所示 若把均匀布点法 选点个数选点个数 最大点位移最大点位移 mm mm 最大点位置最大点位置 均匀布点法均