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基于ABAQUS的对开尾门有限元分析

发布于:2023-03-18 21:47
有限元分析

      随着我国经济的快速发展,汽车作为人们日常生活不可缺少的交通工具日益普及,与此同时,车辆的安全性和舒适性也引起了汽车生产厂家和消费者的广泛关注。汽车车身作为整车三大总成之一,在整车的设计开发过程中占有极其重要的地位。而车门系统是车身非常重要的组成部件,车门的质量直接关系到整车的舒适度和安全性,其模态和刚度的性能应该满足要求。本文主要针对汽车对开尾门进行有限元分析,在车门的几何模型基础上建立有限元模型,给出一定的边界条件和载荷条件,采用ABAQUS求解器对各种工况下的有限元模型进行求解,得出对开尾门的模态、刚度和强度,再通过与目标值进行比较,最终确定车门是否满足性能要求。
      大部分车门由以下部分组成:车门门体、车门附件和车门内外饰等,而本文所研究的对开尾门的模态、刚度和强度只需考虑车门门体、车门附件中的铰链,不考虑车门的内外饰。由于车门的几何模型较复杂,而大部分有限元软件制图功能较差,因此在CAD软件中建立几何模型后导入有限元软件进行网格划分时会出现缝隙、重叠和错位等缺陷,所以在网格划分之前要进行几何前处理。
      在网格划分前,对车门所有薄板零部件抽取中面,然后进行几何清理,包括缝合相邻面之间的缝隙、删除重复面和线上所包括的多余点、修补丢失或破坏的面等。然后将一些复杂的几何特征进行简化,忽略对整体受力情况影响很小的几何细节,这样可以提高网格质量。
      对于部分安装孔、定位孔、工艺孔等要在孔处添加Washer。
      车门的部件大部分为钣金冲压件,其长度方向的尺寸远远大于其厚度方向的尺寸,符合壳单元的理论假设,因此主要采用四节点壳单元进行离散化,其次用少量的三角形进行过度,这样可以满足高质量网格的过度要求,最后对车门外板与内板之间包边进行简化,并采用节点共用实现两者之间的连接。在划分网格之前要对单元参数进行控制,单元通用尺寸为70mm,最小30mm,最大140mm;单元翘曲度小于15°;长宽比为5;倾斜角度小于40°;四边形内角为40°~140°;三角形内角为20°~120°;雅可比为0.6;三角形比例小于10%。为了提高分析精度,本文采用六面体单元对铰链进行实体划分。车门网格划分完成后,共1020192个节点,1000806个shell单元,其中三角形单元为20955个,占比约2.9%,显然是符合要求的。车门铰链进行实体网格划分后共有480632个节点,330582个solid单元。车门钣金件之间连接方式主要采用shell gap方式来模拟焊点,本文研究的对开尾门的焊点共有229个,其次,结构胶和焊接胶采用实体C3D8来模拟,螺栓采用reb2单元进行模拟,使模型更加地符合实际条件。
      网格划分好后需要赋予网格相应的材料和属性,在材料卡片中设置车门材料性能参数,门板的厚度在属性卡片中设置,相关的材料性能参数如表1所示,车门主要部件厚度和材料如表2所示。
      当受到动力载荷作用时,车门结构会产生响应,若车门性能不理想则会产生剧烈振动和异响,导致车辆行驶平顺性及乘坐舒适性变差,还会给环境带来噪声以及部件疲劳损伤,同时会发生破坏车体的表面防护罩以及车门密封性等危害,所以,为了对车门性能进行研究,需要对车门进行模态分析。分析车身的振动响应就是模态分析的过程。模态是一种固有特性,评论模态的优劣主要取决于各阶振动频率及振型等。


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