基于cae分析技术的汽车用胶强度选择

基于cae分析技术的汽车用胶强度选择

结合当前车辆使用的质量错误，建立了相应的分析计算模型，提出了基于cae技术的车辆使用方案。在实际应用中得到改进，并取得了良好的效果，确保了车辆使用的合理性，以及缩短循环和节约成本。近年来随着汽车制造工艺水平的提高及新材料、新技术的发展,汽车用胶(一种高分子粘接和密封技术)在车身得到了越来越广泛的应用,并部分取代了焊接、铆接等传统工艺,用于提高车身强度、改善耐疲劳性、密封性、减震降噪性等指标。因此,车胶强度选择的合理与否直接影响整个车身品质的好坏。现有汽车用胶主要通过经验手段进行选择,尔后通过系列破坏性试验来反复验证,周期长,成本高。本文结合实例,基于CAE分析技术对失效车门折边胶及失效车顶密封胶的剪切强度进行测算,结合测算结果进行车用胶的重新选择,结果经试验及市场进行验证,达到试验及客户要求,同时缩短了开发周期。1优应用实例：橡胶折叠车1.1胶粘方式提高外观质量汽车车门传统工艺是将车门内、外板折边后点焊连接,但焊接造成许多凹坑,严重影响车身外观质量。目前,公司某驾驶室车门采用胶粘方式代替点焊(如图1所示),采用折边胶屈服强度为5Mpa,涂胶厚度为0.2mm。但产品投放市场后,产生了批量车门下铰链处包边撕裂的故障现象(如图2所示),经分析初步确定是由于车门折边胶失效所致。1.2刚性元模拟及加载试验过程基于故障原因是由于折边胶失效所致,决定采用CAE分析手段对此处所需折边胶强度进行测算。1)模型简化分析目的主要针对折边胶剪切强度计算,结合工况条件,只需建立车门折边胶、车门内外板、加强板、防撞杆、铰链等主要承受载荷部件。2)建模车门为薄板冲压件结构,建模过程,选用板壳单元,螺栓及焊点连接多采用刚性元模拟,车门铰链附近区域尤其是车门包边与折边胶贴合部位网格需细化,单元质量须充分保证,单元翘曲度定义在6°之内,以保证主要受力部位的折边胶网格模型质量。折边胶严格按照折边胶工艺及图纸要求进行建模,尤其是车门铰链附近主要受力部位的折边胶建模。折边胶采用六面体单元模拟,车门内板与外板之间折边胶应保证两层单元来进行折边胶建模。建模具体情况如图3所示3)加载车门加载工况按试验要求进行,即驾驶室在翻转状态下(翻转角约50°),将车门开启到最大,在门外车柄位置加载68kg的重物(如图4所示),车门包边不应出现开裂。CAE仿真过程试验按照工况所述的试验条件加载,整备车门自重35kg采用重力加载方式,车门手柄位置加68kg负载,车门铰链处为固定约束。CAE加载示意图如图5所示。经过CAE分析,车门折边胶最大剪应力集中在车门下铰链包边处,与市场反馈及试验结果一致,该处折边胶所受剪切强度为10.2Mpa,大于现车采用车用胶(屈服剪切强度5Mp),现采用折边胶强度不足为故障产生的主要原因。1.3无包边撕裂试验根据CAE分析结果,重新选取符合强度要求的折边胶(屈服剪切强度17Mp)进行试验验证无包边撕裂现象,且投放市场后未再出现相关的市场故障反馈,彻底解决了车门下铰链处包边撕裂的品质故障,提升了车辆市场竞争力2车身上的密封橡胶选择应用2.1根据cae分析条件确定顶盖厚度在汽车制造中,各钣金件连接处的缝隙必须采取有效措施进行密封,否则会出现漏水、透风和漏尘现象,严重的可能引起焊缝处钢板的锈蚀,使钢板过早穿孔,加速车辆的报废。公司某驾驶室前顶与后顶广泛采用点焊密封胶(如图7所示),所用密封胶剪切强度为0.5Mpa,涂胶厚度为(0.2~0.3)mm。该驾驶室投放到市场上后,出现系列驾驶室顶盖漏雨和渗水品质故障,如图8所示。很多车经维修后再次发生同样故障,经分析判定由前、后顶盖搭接处点焊密封胶失效所致。基于故障原因是由于车顶密封胶失效所致,决定采用CAE分析手段对车顶密封胶强度进行测算。1)模型简化结合实际,建立由驾驶室前顶、驾驶室后顶及驾驶室密封胶组成的顶盖简化模型。2)建模严格按照点焊密封胶工艺及图纸要求进行建模,充分保证点焊密封胶有限元模型单元质量,为保证计算精度,前顶与后顶搭接面之间的点焊密封胶采用六面体建模,并且应保证两层单元来进行建模。建模具体情况如图9所示。3)加载加载工况按驾驶室顶盖沉降性试验要求进行,即80kg人体在驾驶室顶盖上任意踩踏,然后进行驾驶室淋雨试验,要求顶盖不应出现因点焊密封胶失效而出现漏雨现象。CAE分析边界条件:按照试验要求,通过CAE分析模拟80kg人体在顶盖踩踏,因顶盖为左右对称件,故分析一侧即可,其中顶盖踩踏区域1为站立工况,踩踏面积为成年男子鞋底面积为25cm×10cm,2到11踩踏区域为行走工况,踩踏面积为鞋底宽度10cm×顶盖拉延筋宽度。CAE计算结果如下表所示。经过CAE分析,车顶前顶、后顶及胶层上方踩踏区域剪切强度均远大于所用密封胶强度(0.5Mpa),故需要重新选择车顶密封胶。2.3性别间的淋水试验根据计算结果选用15Mpa的点焊密封胶后进行验证,80kg人在车顶踩踏行走,无可目视裂纹;尔后进行15分钟的淋水试验,没有发现漏水现象;改进产品投放市场后,未再出现品质故障现象。3汽车用胶强度车比在车辆管理中应用的优点驾驶室用胶的选择,通过引进CAE分析方法,准确测算出涂胶部胶部位的剪切强度,为车身结构工程师合理选择车