0 引 言

汽車頂蓋開天窗后，局部剛度會(huì)降低，當(dāng)剛度不足時(shí)，在高速行駛，會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)及噪音，影響汽車的使用性能，嚴(yán)重的情況下天窗會(huì)掉下。汽車頂蓋的局部抗凹性能是反映頂蓋剛度性能的重要特性, 因此其抗凹性能分析越來越受到設(shè)計(jì)部門的重視。

本文采用有限元分析方法，基于 ABAQUS軟件強(qiáng)大的非線性功能，對(duì)某車型頂蓋剛度通過抗凹性仿真模擬進(jìn)行了對(duì)比分析，得到 120N載荷下天窗的頂蓋局部位移曲線及云圖，為整車開發(fā)的前期設(shè)計(jì)提供了參考。

1 分析模型

1.1 有限元模型的截取

頂蓋的有限元模型截取自白車身。在模型截取過程中既要使截取后的頂蓋模型計(jì)算后與實(shí)物保持一致，又要使有限元模型盡量簡單。鑒于以上考慮截取自白車身的有限元模型，模型網(wǎng)格的基本尺寸采用 5mm×5mm 建模，共有154640 個(gè)單元。最后的模型如下圖 1 所示。

1.2 材料與屬性

本次分析涉及7種材料，由于要考慮頂蓋的塑性變形，除了給出材料的彈性模量和泊松比外還給出了材料發(fā)生塑性變形后的塑性應(yīng)變和應(yīng)力的曲線。

圖 1 頂蓋有限元模型

2 邊界條件

頂蓋的抗凹剛度性能分析要考慮幾何非線性、材料非線性及接觸非線性。在分析中，采用解析剛體模擬剛性壓頭，在薄弱區(qū)域建立剛性面與頂蓋之間接觸關(guān)系。120N 載荷施加在剛性面上，載荷方向沿著考察點(diǎn)曲面的法向。天窗用剛性體模擬，天窗的質(zhì)量以集中質(zhì)量加在天窗的質(zhì)心處。約束 A/B/C 柱截面的 DOF123，邊界條件如圖 2 所示。

分析分為兩個(gè)載荷步：

第一步：天窗自重下，頂蓋的變形；

第二步：施加位移載荷，在選取分析考察點(diǎn)建立垂直于外板的局部坐標(biāo)系，在剛性面參考點(diǎn)沿局部坐標(biāo)系 Z 軸施加 120N 載荷。

3 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量頂蓋剛度最弱的區(qū)域作為抗凹點(diǎn)的分析位置，具體選擇在下圖所示天窗右下角，與天窗邊緣的距離為 50mm 處，在天窗自重下及 120N 載荷下的變形如下圖 3/4 所示。計(jì)算、分析值與實(shí)驗(yàn)值比較接近，結(jié)果如表 1 所示。

圖 3 天窗自重下變形

圖 4 120N 的變形

表 1 結(jié)果比較

此時(shí)開天窗后的頂蓋的抗凹性較弱，變形較大，不能接受，需要進(jìn)行局部加強(qiáng)優(yōu)化。

4 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為了解決現(xiàn)有車型頂蓋剛度不足問題，在不增加零件模具的情況下，通過在天窗附近區(qū)域粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片，來加強(qiáng)頂蓋的剛度。工程上提出了 3 種粘貼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)片的方案：

方案一：在天窗 4 周貼加強(qiáng)片，如圖 5 所示；

方案二：在天窗 4 周部分區(qū)域貼加強(qiáng)片，如圖 6 所示；

方案三：在天窗后部一個(gè)區(qū)域貼加強(qiáng)片，如圖 7 所示；

分析結(jié)果如下圖所示：

從上面的分析結(jié)果可知，方案 1 與方案 3對(duì)安裝天窗后的頂蓋剛度不足問題有了很大的改善，方案 3 的改善效果與方案 1 相差不大，且方案 3 所貼的加強(qiáng)片較少，成本降低達(dá) 2/3。綜合考慮可知方案 3 最優(yōu)，結(jié)果如表 2 所示。

表 2 各方案結(jié)果比較

5 總 結(jié)

本文利用ABAQUS軟件的弧長算法對(duì)某車型開天窗后的頂蓋進(jìn)行了抗凹性分析，分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)較一致。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)頂蓋的 整體剛度性能做了評(píng)價(jià)，并提出了優(yōu)化方案，經(jīng)試驗(yàn)檢測證明優(yōu)化改進(jìn)后的頂蓋剛度性能得到了明顯的改善。

資料來源：達(dá)索官方