基于ABAQUS的引擎盖抗凹刚度分析

基于基于 ABAQUS 的的引擎盖引擎盖抗凹抗凹刚度刚度分析分析 邢志远 东南 福建 汽车工业有限公司研发中心 福建福州 摘要 摘要 抗凹性是反映汽车外板性能的重要指标之一 本文根据抗凹性理论 并基于 ABAQUS 软件 运用其隐式算法 考虑了材料 几何及边界的非线性 对某车型引擎盖进行抗凹性模拟分析 汽 车引擎盖经常由于强度过低而导致质量问题 通过对引擎盖的抗凹性的分析及评价 为引擎盖的 结构设计提供了总要的指导意义 关键词 关键词 引擎盖 抗凹性 ABAQUS Analysis of Dent Stiffness about Hood Base on ABAQUS Xing Zhiyuan Research and DevelopmentCenter South East Fujian Motor Co Ltd Fuzhou 350119 China Abstract Dent resistance is important indictor which is a reflection of the use of automotive panel Based on riks arithmetic of ABAQUS software and the nonlinear such as materials geometry and contact analysis of dent resistance about hood is simulated The auto hood often has the quality problem by the low strength The dent stiffness of hood is analyzed and evaluated which supplied an important value for design of vehicle hood Keywords hood dent stiffness ABAQUS 1 1 概述概述 抗凹性是指车身外板覆盖件在承受外部载荷时抵抗凹陷弯曲及其局部凹痕变形 保持形状的能力 汽车车身外板的抗凹性一直以来都是众多用户选购新车的重要标准 其直接影响到车辆的外观品 质 如人为的触摸按压 静载荷以及行进过程中的振动以及掉落的树枝 碎石冲击动载荷等 这 些载荷往往使覆盖件形状发生凹陷挠曲甚至产生局部永久变形 而汽车引擎盖经常由于顶盖的强 度过低而导致质量问题 因此很有必要对车身外板进行抗凹性分析 本文基于 ABAQUS 软件 运用去隐式弧长算法 考虑了材料 几何及边界的非线性 对某 车型顶盖进行抗凹性模拟分析 得到顶盖的位移云图和载荷曲线 为整车开发的前期设计提供了 参考 2 2 有限元模型有限元模型 1 引擎盖模型 引擎盖模型要包括引擎盖的主要承载部件 模型如图 a 所示 共有 48819 个单元 图图 a 顶盖有限元模型顶盖有限元模型 2 压头模型 过去的研究中 压头 碰头 设计千差万别 形状 尺寸与材料都不尽相同 有弹性 刚性压头 也有球形 半球形 圆锥形头 尺寸 直径 范围从 12 5mm到 101 6mm不等 5 本文采用半径 为 70mm 厚度为 5mm 材料为钢的压头 几何形状如图 b 所示 图图 b 压头模型压头模型 3 3 边界条件边界条件 在铰链处约束所有自由度 在 bump 处约束 3 自由度 在 latch 处约束 23 自由度 如图 c 所 示 图图 c 1 6 3 3 23 1 6 为确保压头垂直作用在外板件表面 防止它在加载过程中失稳 对探头进行局部约束 在压头 中心约束 12456 自由度 如图 d 所示 图图 d 4 4 载荷条件载荷条件 1 加载区域 外板件刚度性能分析的加载区域设置为外板几何中心 或者是最大未受支撑的区域 外板件 刚度性能分析的加载区域还应包括车身外表面上任何可能在检修时受力变形的区域 例如前翼子 板的边缘 涉及到不同项目的具体车型 加载区域可由产品工程师 试验工程师及 CAE 分析工 程师共同商讨确定 2 加载分析 确定了加载点后 建立两个载荷步 第一步 施加强制位移 使压头和外板产生接触关系 在压头中心约束 3 自由度 根据压头 与外板的厚度关系 赋予 Z 向的强制位移 0 175mm 第二步 以三角波的形式施加载荷 速率为 220N s 加载到 1s 后开始卸载 图图 e 5 5 结果分析结果分析 抗凹刚度分析判别标准 外板件刚度性能的判别 要求输出载荷与变形的曲线 分析结果是 否可以接受的分界线是一条梯度为 10N mm 的直线 如图 f 所示 任何出现在拒绝区域的外 约束压头中心 12456 自由度 板刚度性能都是不可接受的 都需要进行进一步的评估及修订 图 图 f Force Deflection Graph for Panel Stiffness Assessment 通过计算及后处理可以得到引擎盖外板抗凹陷特性分析的应力云图 刚度曲线分别如图 g 图 h 所示 图 图 g 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 0246810121416182022 Displacement mm Displacement mm Force N Force N Accept 可接受区域 Reject 不可接受区域 k F D F 加载力 Force D 变形量 Deflection K 外板件刚度值 当 k 10N mm 时 结果可接受 K Panel Stiffness if k 10N mm the result is ok 图图 h 力与位移曲线力与位移曲线 根据图 h 可以看出 加载曲线在梯度为 10N mm 的直线上方 符合要求 这里不考虑卸载曲线 6 6 结论结论 本文基于 ABAQUS 软件 运用隐式弧长算法模拟了引擎盖抗凹刚度分析的全过程 得到载荷与 位移曲线 根据抗凹刚度分析判别标准 判定其满足结果满足要求 节约了开发时间同时节省了 开发费用 同时由于外板件刚度性能分析过程中存在一些不确定因素 分析结果必须尽早与物理试验对 标 任何结果上的差异都必须仔细研究 随着时间的推移 针对外板件刚度性能分析 必须进一 步开发具有精确预测结果的有限元技术 以便在发布设计数据之前能够采取措施预防任何可能的 失效 7 7 参考文献参考文献 1 石亦平 周玉蓉 Abaqus 有限元分析实例详解 北京 机械工业出版社 2006 2 韦勇 裴磊 成艾国 基于 ABAQUS 的汽车覆盖件抗凹性分析 机电产品开发与创新 2010 23 80 82 8 8 致