文/孫小麗(安徽安凱汽車股份有限公司)

車門是由多塊薄板零件沖壓、焊接而成的多層超大面積組合體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量較大，又是封閉型殼體結(jié)構(gòu)，受力容易引起變形。設(shè)計(jì)過程中，除保證外形美觀以外，車門剛度分析是重要環(huán)節(jié)，剛度對(duì)車門自身的動(dòng)態(tài)性能、模態(tài)頻率分布具有重要作用，是影響整車性能的重要因素之一。車門剛度不足會(huì)影響車門開關(guān)可靠性，引起車門卡死、關(guān)閉力增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成密封性差并引起漏灰、透風(fēng)、滲水以及噪聲大等系列問題，從而影響汽車的使用和乘坐舒適性。隨著輕量化技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)輕質(zhì)量、高剛度的車身成了汽車開發(fā)設(shè)計(jì)過程中追求的主要目標(biāo)之一，因此車門結(jié)構(gòu)的剛度十分重要。

車門是車體重要組成部分之一，由于車門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，針對(duì)其剛度以及對(duì)車體影響的研究在國內(nèi)外乘用車領(lǐng)域開展較深?？蛙囎鳛橐活愄厥獾漠a(chǎn)品，車門具有面積、質(zhì)量更大的顯著特點(diǎn)，但針對(duì)其車門剛度的研究文獻(xiàn)卻較少。本文以新開發(fā)的客車整車駕駛員門作為分析對(duì)象，利用有限元分析法，對(duì)駕駛員門側(cè)向剛度進(jìn)行分析，為其設(shè)計(jì)合理性和可靠性評(píng)估提供參考。

一、研究模型描述

1.模型建立

根據(jù)某車型駕駛員門建立側(cè)向剛度有限元分析模型，如圖1 所示，包括車門內(nèi)外板、內(nèi)外板加強(qiáng)件、鉸鏈加強(qiáng)件及門鎖加強(qiáng)件等。

圖1 前門側(cè)向剛度分析模型

運(yùn)用HYPERMESH、NASTRAN 和HYPERVIEW軟件對(duì)駕駛員門進(jìn)行剛度分析。

鈑金件采用SHELL 單元離散，鉸鏈、黏膠采用SOLID 單元模擬，點(diǎn)焊采用ACM模擬縫、RBE2 模擬單元。

2.邊界條件

約束門鎖2356 自由度，約束鉸鏈與車身連接處所有方向自由度；在車門上緩沖塊位置施加Y 軸負(fù)方向200 牛的力，如圖2 所示。

圖2 車門側(cè)向剛度分析邊界條件

二、首次分析結(jié)果

通過軟件進(jìn)行分析獲得門板的位移云圖，如圖3所示。

根據(jù)云圖分析獲得結(jié)果統(tǒng)計(jì)，如表1 所示。

表1 云圖信息統(tǒng)計(jì)表

從表1 可知，駕駛員門右上方（從門外看）結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度位移值為6.466 毫米，大于目標(biāo)值即5 毫米，因此不滿足設(shè)計(jì)要求。

三、結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

車門結(jié)構(gòu)、板材材料和工藝是影響車門剛度的主要因素，針對(duì)駕駛員門右前方結(jié)構(gòu)剛度不滿足設(shè)計(jì)要求的情況，在保證工藝達(dá)標(biāo)的前提下，本文主要根據(jù)駕駛員門本身的結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，具體采取以下優(yōu)化方案，如圖4 所示：

圖4 優(yōu)化方案示意圖

（1）增大司機(jī)門門框內(nèi)部加強(qiáng)板尺寸，加強(qiáng)板厚度采用1.5 毫米。

（2）司機(jī)門內(nèi)板下部拐點(diǎn)處增加加強(qiáng)板，加強(qiáng)板厚度采用0.8 毫米。

四、優(yōu)化后分析結(jié)果

在對(duì)駕駛員門內(nèi)板加強(qiáng)件進(jìn)行處理后，再次分析優(yōu)化后的駕駛員門剛度，得出分析云圖，如圖5 所示。

圖5 優(yōu)化后位移云圖

根據(jù)優(yōu)化后云圖分析獲得結(jié)果統(tǒng)計(jì)，如表2 所示。

表2 優(yōu)化后云圖信息統(tǒng)計(jì)表

從表2 可知，駕駛員門右上方結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度位移值為4.984 毫米，數(shù)值小于目標(biāo)值即5 毫米，優(yōu)化后前門側(cè)向剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語

本文以某客車駕駛員門為例，運(yùn)用有限元分析對(duì)駕駛員門側(cè)向剛度進(jìn)行分析，獲得其位移云圖，并據(jù)此找出車門側(cè)向剛度薄弱點(diǎn)，在保證車門整體輕量化設(shè)計(jì)要求的前提下，加大駕駛員門門框加強(qiáng)板尺寸和在駕駛員門內(nèi)板下部拐點(diǎn)處增加加強(qiáng)板，以提高車門側(cè)向剛度，使其滿足設(shè)計(jì)要求。本文所提優(yōu)化方案可為整車駕駛員門設(shè)計(jì)提供參考思路。