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汽车与公路设备 |
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某型MPV后背门的有限元分析 |
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作者：丁锡幸 肖悦 于海昌 张影 |
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1 前言
车门是车身上相对独立的总成，与车身是一个有机的整体，车门在强度、刚度、可靠性及工艺性等必须满足车身整体性能的要求，而且自身的强度和刚度满足与内外饰装配的要求。根据造型设计，本文分析的MPV后背门玻璃的大小和拱高等远大于一般轿车的后背门玻璃，存在一定的危险因素，在使用过程中可能产生玻璃自爆的危险。
车门在实际中的使用工况较为复杂，其工作过程中是受到随时间变化的载荷作用，只有在特殊的情况下，才能近似地作为静力学问题处理，本文重点分析后背门在关闭过程中的应力情况 ，采用静力学来模拟其开启后关闭瞬时的状态。应用有限元计算和试验相结合，通过后背门在力的作用下车门关闭瞬时状态下，玻璃框四周的应力大小变化，了解在此工况下车门强度对玻璃本身的影响。
2 后背门试验方法
后背门直接在车体上进行静态强度测试，主要的测试工况为后背门在左下角施力状态（工况1）和中间加力状态（工况2），其中测点的布置如图1所示。 
图1 测试测点布置示意图
试验中主要测量后背门在不同位置施力时，玻璃框四周的应力变化情况，在测试过程中，通过静态测试分析系统取得测点的应力值，并对结果进行分析处理。
3 有限元模型建立
有限元模型根据后背门数模建立，后背门模型见图2所示，模型共有204550个单元、206521个节点，其中三角形单元占单元总数的2.8%。
后背门的材料参数：弹性模量E=210GPa；泊松比=0.3；密度=7.8E-6Kg/mm3
图2 后背门有限元模型
计算中的边界条件处理参照试验工况：
在工况1中，约束： 铰链和气撑杆 加载：后背门左下角
在工况2中，约束： 铰链和气撑杆 加载：后背门锁扣处 
图3 分析工况加载示意图
4 计算结果
4.1 工况1状态下的计算结果
图4 工况1下变形云图
图5 工况1下应力云图
实验中采用粘贴应变片来获取玻璃框四周的应力值，其应力值为应变片方向上的应力值，取分析计算对应方向上的应力值，并与试验值进行对比，具体数据见表1，对比曲线见图6所示。表1 工况1下计算与试验结果对比
 
图6 工况1下计算与试验结果对比曲线
4.2 工况2下计算结果
图7 工况2下的变形云图
图8 工况2下的应力云图
表2 工况2下计算与试验结果对比
 
图9 工况2下计算与试验结果对比曲线
5 结论
本文基于MSC Nastran软件，根据试验工况确定加载方式，建立后背门有限元模型和确定分析工况加载，进行静力学计算，得到了后背门的各测点的应力分布状况，通过与试验进行对比，验证了有限元分析模型的正确性，为后背门的结构改进提供了可靠的参考依据。
通过对有限元计算结果与实验结果对比分析，从对比曲线中可以看出，对于后背门应力分布状况，后背门的有限元计算结果与实验结果基本一致，只有少数几个点存在偏差，但数值相差不大，这可能是由于实车制造工程中焊点工艺等问题产生的。
从上述的结果对比分析可知，有限元模型的相关参数的设置比较合理，模型是准确可信的，是能够满足后续分析的要求的。同时，从有限元计算结果和试验结果中可以看出，该后背门钣金结构的局部强度和刚度较为理想，在实际使用中对产生玻璃自爆问题并无直接影响。(end)
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(7/15/2009) |
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