王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車(chē)安全系統(tǒng)有限公司，上海 201315)

汽車(chē)內(nèi)飾件用塑料掛鉤CAE模型的DOE分析方法

王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車(chē)安全系統(tǒng)有限公司，上海 201315)

對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾用塑料掛鉤在CAE設(shè)計(jì)中的方法進(jìn)行了研究，采用DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法分析CAE模型中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求(水平)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)(因子)之間的關(guān)系，并通過(guò)響應(yīng)曲線回歸獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。所獲得的數(shù)學(xué)模型可以替代CAE分析進(jìn)行快速計(jì)算，使整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短。該方法值得在以后汽車(chē)產(chǎn)品CAE過(guò)程中應(yīng)用。

塑料掛鉤；安裝力；脫出力；DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法；CAE分析

0 引言

當(dāng)前，在汽車(chē)內(nèi)飾件的安裝過(guò)程中，大量使用塑料掛鉤。在通過(guò)CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)對(duì)塑料掛鉤設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力和脫出力的關(guān)系進(jìn)行研究過(guò)程中，針對(duì)所建立的簡(jiǎn)化CAE分析模型，定義的重要設(shè)計(jì)參數(shù)通常包括掛鉤導(dǎo)入角、搭接寬度、支撐筋寬度3項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)(見(jiàn)圖1)。同時(shí)，所定義安裝力范圍為26～55 N，脫出力范圍為16～29 N?？傮w來(lái)說(shuō)，所涉及的設(shè)計(jì)參數(shù)過(guò)多，且無(wú)法直觀獲得影響最大、最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

基于此，在門(mén)內(nèi)飾掛鉤設(shè)計(jì)過(guò)程中，在CAE分析時(shí)，采用DOE(試驗(yàn)設(shè)計(jì))的方法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。此時(shí)的CAE分析方法也類(lèi)似于為一種試驗(yàn)方法，而DOE是對(duì)CAE分析進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

1 建立CAE分析模型

為建立較精確的分析模型，文中采用掛鉤角度為36°，支撐筋寬度為10 mm，搭接寬度 分別設(shè)為2、1.7和1.5 mm的樣品進(jìn)行試驗(yàn)，并用建立的CAE模型進(jìn)行擬合和修正。實(shí)際樣品測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 塑料掛鉤實(shí)際測(cè)量結(jié)果 N

基于表1的試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)多次擬合和優(yōu)化后的CAE模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)物測(cè)試結(jié)果差距較小，可進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)。

2 DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在建立了CAE模型(見(jiàn)圖2)之后，對(duì)3項(xiàng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力及脫出力之間的關(guān)系進(jìn)行DOE設(shè)計(jì)，采用2水平3因子分析矩陣，2水平分別為安裝力和脫出力，3因子分別為搭接寬度、導(dǎo)入角和支撐筋寬度。同時(shí)進(jìn)行2水平3因子加中性點(diǎn)并補(bǔ)充面接CCD，最終獲得CAE計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 3項(xiàng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力及脫出力的DOE設(shè)計(jì)

對(duì)CAE計(jì)算的安裝力和脫出力結(jié)果進(jìn)行分析,結(jié)果顯示:部分因子P>0.05,不顯著。逐項(xiàng)刪除非顯著交互因子后，結(jié)果顯示導(dǎo)入角對(duì)安裝力和脫出力也都不顯著，即導(dǎo)入角因子P>0.05,不顯著且剩余的搭接寬度和支撐筋寬度兩項(xiàng)因子與響應(yīng)之間呈二次方關(guān)系。

如上結(jié)果顯示，導(dǎo)入角的變化對(duì)安裝力和脫出力的影響不大，故在塑料掛鉤的設(shè)計(jì)中，可以采用較通用的導(dǎo)入角設(shè)計(jì)，不需要過(guò)多的關(guān)注和分析。

刪除導(dǎo)入角因子，重新對(duì)支撐筋寬度和搭接寬度與安裝力和脫出力進(jìn)行響應(yīng)曲面DOE設(shè)計(jì)。CAE計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 2項(xiàng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力及脫出力的響應(yīng)曲面DOE設(shè)計(jì)

續(xù)表3

對(duì)CAE計(jì)算的安裝力結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結(jié)果顯示P<0.05，顯著?？山惭b力分析模型，且模型可用。

如圖3，采用Minitab計(jì)算軟件對(duì)安裝力與搭接寬度和支撐面寬度進(jìn)行響應(yīng)面回歸計(jì)算，獲得門(mén)蓋掛鉤安裝力數(shù)學(xué)模型為：

式中：F1為門(mén)蓋掛鉤安裝力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

對(duì)CAE計(jì)算的脫出力結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結(jié)果顯示P<0.05，顯著?？山⒚摮隽Ψ治瞿Ｐ?，且模型可用。

如圖4，采用Minitab計(jì)算軟件對(duì)脫出力與搭接寬度和支撐面寬度進(jìn)行響應(yīng)面回歸計(jì)算，門(mén)蓋掛鉤脫出力數(shù)學(xué)模型為：

式中：F2為門(mén)蓋掛鉤脫出力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

如上，通過(guò)DOE方法，對(duì)塑料掛鉤的3個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力和脫出力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，首先如表2對(duì)3項(xiàng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力及脫出力進(jìn)行DOE設(shè)計(jì)，分析結(jié)果表明導(dǎo)入角對(duì)安裝力和脫出力的影響較小。

其次如表3對(duì)兩項(xiàng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)與安裝力及脫出力進(jìn)行響應(yīng)曲面DOE設(shè)計(jì)，并進(jìn)行響應(yīng)曲面回歸計(jì)算，獲得門(mén)蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型。

如下對(duì)所獲得的門(mén)蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型及CAE分析方法的可靠性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

3 結(jié)果分析

基于以上所建立的門(mén)蓋掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型進(jìn)行可靠性分析和驗(yàn)證。

對(duì)如上所建立的掛鉤安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型作重疊等值線圖，如圖5所示。

考慮到搭接寬度由PAB門(mén)蓋與儀表板本體兩個(gè)零件確定，公差相對(duì)較大且易波動(dòng)，所以把最佳參數(shù)區(qū)域選擇在安裝力和脫出力都對(duì)搭接寬度變化不太敏感的區(qū)域，即圖5中灰色長(zhǎng)方形區(qū)域。把長(zhǎng)方形區(qū)域的中點(diǎn)作為最終選定的參數(shù)點(diǎn)開(kāi)模制造樣件，并進(jìn)行實(shí)物測(cè)試，以驗(yàn)證DOE分析得出的數(shù)學(xué)模型。DOE模型推算結(jié)果與CAE分析結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 DOE模型推算結(jié)果與CAE分析結(jié)果對(duì)比

對(duì)比DOE數(shù)學(xué)模型推算結(jié)果和CAE分析結(jié)果，兩者差距較小，故安裝力和脫出力數(shù)學(xué)模型可用。

最后，對(duì)選定的最優(yōu)參數(shù)進(jìn)行開(kāi)模制造樣件，并實(shí)際測(cè)量樣件的安裝力及脫出力，對(duì)比實(shí)際測(cè)量值與CAE分析值的差距，驗(yàn)證CAE分析方法及數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。對(duì)實(shí)際開(kāi)模樣品進(jìn)行安裝力和脫出力測(cè)量，所獲得的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 實(shí)際樣品測(cè)量結(jié)果

將表5中用實(shí)際樣品測(cè)量的安裝力和脫出力與CAE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照分析。如圖6所示，安裝力實(shí)測(cè)值與CAE計(jì)算值擬合程度高；如圖7所示，脫出力實(shí)測(cè)值與CAE計(jì)算值擬合程度也高。

綜上所述，按照文中選定的設(shè)計(jì)參數(shù)開(kāi)模制造的樣件，其試驗(yàn)結(jié)果與CAE計(jì)算結(jié)果之間的差別不大。文中根據(jù)DOE方法所獲得的CAE分析模型能有效地預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)參數(shù)變化對(duì)掛鉤安裝力和脫出力的影響趨勢(shì)。

4 結(jié)論

文中研究成果包括：不僅指出了塑料掛鉤設(shè)計(jì)時(shí)需關(guān)注的重要參數(shù)即搭接寬度和支撐筋寬度，建立了合適的CAE模型用于模擬和分析塑料掛鉤搭接寬度及支持筋寬度與掛鉤安裝力及脫出力的關(guān)系。

更重要的是，文中提出了一種采用DOE方法進(jìn)行CAE分析的思路，用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法來(lái)分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求(水平)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)(因子)之間的關(guān)系。提高了CAE分析的精度，并可以通過(guò)響應(yīng)曲線回歸獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型，所獲得的數(shù)學(xué)模型可以替代CAE分析進(jìn)行快速的計(jì)算，節(jié)省CAE分析的時(shí)間，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

文中的研究不僅解決了汽車(chē)行業(yè)中內(nèi)飾件塑料掛鉤設(shè)計(jì)研究的難題，同時(shí)通過(guò)DOE的分析方法，也提高了CAE的分析精度，節(jié)省了開(kāi)模成本和開(kāi)發(fā)周期。

【1】 周厚林，王紅.汽車(chē)內(nèi)飾件用塑料掛鉤安裝力及脫出力研究[J].汽車(chē)零部件，2014(2):45-47.

DOE Analysis Method for Plastic Hook CAE Model

WANG Hong,ZHOU Houlin

(Yanfeng Key(Shanghai)Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 201315,China)

DOE analysis method was used to analyze the relation between the product requirements and design parameters in CAE model.The mathematics formulae were built to replace the CAE model by regression equation.This analysis method can reduce the CAE analysis time and component developing cost.

Plastic hook;Assembly force;Disassembly force;DOE experimental design method;CAE analysis

2014-12-03

王紅(1981—)，學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)槠?chē)被動(dòng)安全。E-mail：hwang1@yfkey.com。