宋涵藝

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車(chē)已然成為了人們?nèi)粘Ｉ畋匦杵?，其使用率日益增加。本文聚焦于汽?chē)車(chē)身零部件強(qiáng)度性能的研究，并通過(guò)各種軟件創(chuàng)建模型來(lái)對(duì)其進(jìn)行仿真模擬。同時(shí)，還運(yùn)用新型技術(shù)手段對(duì)這一結(jié)構(gòu)展開(kāi)剖析，其中最關(guān)鍵的技術(shù)在于對(duì)車(chē)輛強(qiáng)度的評(píng)估。通過(guò)研究得出結(jié)論：汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足實(shí)際需求，且它與引擎之間的關(guān)系密切相關(guān)，對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的解決方案已經(jīng)有了明確的方向。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)零部件 強(qiáng)度性能 優(yōu)化路徑

伴隨著生活品質(zhì)的提升，人們的消費(fèi)需求已不再局限于基本的生活必需品（如衣、食、住、行），而是更注重商品的質(zhì)量與體驗(yàn)感。尤其是在交通工具領(lǐng)域，消費(fèi)者不僅關(guān)注車(chē)輛的外觀設(shè)計(jì)及品牌形象，還對(duì)其駕駛感受和行車(chē)安全有較高的期望。在此背景下，汽車(chē)的舒適性和安全性成為了決定其市場(chǎng)表現(xiàn)的關(guān)鍵因素之一。尤其是汽車(chē)車(chē)身關(guān)鍵部件，其應(yīng)用廣泛且工作頻次較高，因此需要具備良好的機(jī)械性能和運(yùn)動(dòng)特質(zhì)。當(dāng)前數(shù)據(jù)研究表明，許多學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始從不同角度探討，如何通過(guò)調(diào)整車(chē)身設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足上述需求，進(jìn)一步加深了公眾對(duì)汽車(chē)功能及其重要性的認(rèn)識(shí)。

1 汽車(chē)車(chē)身強(qiáng)度分析目的

車(chē)輛的主體承擔(dān)了所有與汽車(chē)相關(guān)的重量（如停止啟動(dòng)、剎車(chē)、轉(zhuǎn)向、爬坡）及其加速情況，同時(shí)車(chē)身每個(gè)部分都承受不同類(lèi)型的力和壓力。為確保在正常駕駛過(guò)程中的安全性和可靠性，需要保障這些部位具有足夠的力量，防止任何可能導(dǎo)致?lián)p壞或性能下降的情況出現(xiàn)。因此，在設(shè)計(jì)初期，就需評(píng)估并確認(rèn)每一個(gè)組成部分在各種環(huán)境下所受到的力的程度，以確定其是否超過(guò)了該組件自身的耐受能力。如果小于這個(gè)數(shù)值，就意味著這一區(qū)域的車(chē)身強(qiáng)度不夠，需要進(jìn)一步強(qiáng)化；反之，如果大于這一數(shù)值，則說(shuō)明這里的車(chē)身強(qiáng)度是達(dá)標(biāo)的。

2 汽車(chē)零部件強(qiáng)度研究路線(xiàn)

2.1 零部件載荷確定

零部件強(qiáng)度分析首先要明確載荷，載荷偏差就會(huì)導(dǎo)致分析成果存在一定差異，以此載荷是否準(zhǔn)確是分析其正確性的主要因素。仿真和試驗(yàn)載荷大多是由載荷測(cè)量、載荷分析等過(guò)程確認(rèn)，載荷測(cè)量需要滿(mǎn)足零部件的全部工況，載荷值需要反饋零部件正常工作時(shí)的載荷值。載荷一般包括靜載荷與動(dòng)載荷兩大類(lèi)。汽車(chē)是一個(gè)運(yùn)動(dòng)型產(chǎn)品，主要承受力會(huì)隨著時(shí)間變化產(chǎn)生不同動(dòng)載荷，但由于在長(zhǎng)期使用階段，車(chē)輛會(huì)產(chǎn)生各種形式的損傷，在載荷作用下可能發(fā)生靜強(qiáng)度失效。所以，零部件靜強(qiáng)度校核是基礎(chǔ)。另外，一些零部件處在動(dòng)載荷長(zhǎng)期作用下，會(huì)發(fā)生疲勞強(qiáng)度失效，則需要基于動(dòng)載荷或載荷譜進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，應(yīng)采用不同的計(jì)算載荷。

2.2 零部件強(qiáng)度分析方法

汽車(chē)產(chǎn)品研制過(guò)程中需要進(jìn)行大量的零部件分析與試驗(yàn)，包括有限元強(qiáng)度疲勞分析、臺(tái)架試驗(yàn)、整車(chē)道路試驗(yàn)等。研發(fā)初期，有限元分析方法可以幫助工程師對(duì)零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，提出合理的優(yōu)化措施。進(jìn)行有限元疲勞仿真可以減少部分疲勞試驗(yàn)，節(jié)省成本。因此，對(duì)于汽車(chē)零部件的分析與試驗(yàn)需要有行之有效的研究路線(xiàn)，運(yùn)用各種強(qiáng)度仿真與試驗(yàn)方法，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行零部件分析優(yōu)化。汽車(chē)零部件強(qiáng)度分析可以分為零部件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)（總成）分析方法。將零部件從子系統(tǒng)剝離進(jìn)行單個(gè)零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能的分析方法稱(chēng)為零部件級(jí)分析；將子系統(tǒng)整體作為研究對(duì)象，考慮到子系統(tǒng)中連接關(guān)系，及其組成零部件之間的相互運(yùn)動(dòng)影響的分析方法稱(chēng)為系統(tǒng)級(jí)分析方法。零部件分析方法較系統(tǒng)級(jí)來(lái)說(shuō)更簡(jiǎn)單易行，流程更加規(guī)范化，分析結(jié)果更能反映零部件單獨(dú)受載情況下的強(qiáng)度性能。因?yàn)橄到y(tǒng)分析法能夠涵蓋所有相連的部件，它們構(gòu)成一個(gè)整體并存在非線(xiàn)性的聯(lián)接關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，所以能更精確地模擬部件的工作狀態(tài)。

3 車(chē)身零部件強(qiáng)度性能分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 探究對(duì)象

車(chē)身零部件包含細(xì)致多變的構(gòu)造，并且需要與之對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)分析技術(shù)和系統(tǒng)完成檢測(cè)，才可獲得車(chē)身零部件的強(qiáng)度性能，綜合影響零部件強(qiáng)度的各項(xiàng)因素，科學(xué)合理的設(shè)定多元研究方案，也可設(shè)置不同參數(shù)零部件數(shù)據(jù)完成模擬練習(xí)。在此探究過(guò)程中，可以將車(chē)門(mén)作為研究對(duì)象，尋求使用這一零部件分析的模式和探究方案，旨在了解這一車(chē)門(mén)在應(yīng)用過(guò)程中強(qiáng)度、剛度下沉的主要因素，綜合實(shí)際情況設(shè)定測(cè)試方案?；诋?dāng)前車(chē)輛生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項(xiàng)工藝，大多選用鉸鏈固定的形式完成測(cè)試，部分車(chē)輛測(cè)試會(huì)選用滑移式方案。內(nèi)外板主要構(gòu)件也是車(chē)門(mén)的基礎(chǔ)構(gòu)成，可以滿(mǎn)足人們最基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)門(mén)需求。裝配在車(chē)門(mén)上的門(mén)鎖、鉸鏈、限位器等零部件，是為了確保車(chē)門(mén)良好的封閉性。車(chē)門(mén)受力源自于人們開(kāi)關(guān)階段，大多也會(huì)受鉸鏈等因素的影響。車(chē)門(mén)開(kāi)力較大，受力就會(huì)受限位器影響。車(chē)門(mén)是汽車(chē)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，需要確保其可以承受來(lái)自外部的沖擊，面對(duì)各種沖擊不會(huì)發(fā)生較大形變。因此，在測(cè)試環(huán)節(jié)，需要重視對(duì)車(chē)門(mén)的輕度測(cè)試。

3.2 車(chē)門(mén)有限元模型構(gòu)建

以車(chē)輛的左前門(mén)為例，綜合有限元分析等形式，主動(dòng)探究這一零部件使用強(qiáng)度。主要包含車(chē)門(mén)的外殼、內(nèi)殼，在車(chē)門(mén)外殼上加入加強(qiáng)板，在車(chē)門(mén)內(nèi)殼、鉸鏈、防撞梁等位置安裝加固板，并對(duì)此類(lèi)關(guān)鍵位置進(jìn)行拆解。針對(duì)當(dāng)前手工藝方案，選用的零件材料都是非時(shí)效性極深沖用鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、鋁青銅等等。這一模型應(yīng)用實(shí)踐指的是在構(gòu)建過(guò)程中，可以運(yùn)用網(wǎng)格區(qū)分不同區(qū)域，并以此進(jìn)行零件清洗，選用十毫米規(guī)格的四邊形完成部位清洗，便于處理細(xì)小位置的臟東西，也可建設(shè)CATTA模型。因?yàn)檐?chē)門(mén)位置零部件構(gòu)造十分復(fù)雜，各部位受力數(shù)值有所差異，在構(gòu)建模型過(guò)程中要設(shè)置合適的數(shù)值完成模擬關(guān)系。此模型設(shè)定要結(jié)合acm單位確定焊點(diǎn)，也可運(yùn)用剛性單元完成螺絲銜接。

3.3 汽車(chē)車(chē)門(mén)過(guò)開(kāi)強(qiáng)度分析

車(chē)門(mén)是獨(dú)立存在的，其所需性能強(qiáng)度對(duì)于車(chē)輛使用安全而言，有著十分深遠(yuǎn)的影響。車(chē)門(mén)所使用的強(qiáng)度不足，隨著時(shí)間的推移，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部系統(tǒng)產(chǎn)生部分老化或是受損害的情況，導(dǎo)致這一車(chē)輛使用性能不佳，或是無(wú)法順利關(guān)閉車(chē)門(mén)。因此，在這一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要借助分析方式，探究其使用性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的整體需求，并且為后續(xù)優(yōu)化方案，提供一定參考。以下是關(guān)于選擇的汽車(chē)型號(hào)的研究中的例子：將使用CAE建模來(lái)仿真車(chē)輛行駛的過(guò)程，并對(duì)相關(guān)部件（例如車(chē)門(mén)和連接件）及其限制裝置系統(tǒng)的抗力性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算與評(píng)估。為了保證結(jié)論精確無(wú)誤，需要添加部分零件到構(gòu)建好的車(chē)輛力學(xué)結(jié)構(gòu)上，最后形成的一個(gè)完整且詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。

需要設(shè)定限制條件來(lái)構(gòu)建有限元模型。考慮到車(chē)輛的車(chē)門(mén)重量和其在鎖定點(diǎn)的壓力分布情況，將車(chē)門(mén)向打開(kāi)方向推到最大的開(kāi)放度。然后，通過(guò)模型的處理階段，可以獲得車(chē)門(mén)在超出正常范圍時(shí)所產(chǎn)生的移動(dòng)范圍。從四個(gè)選定的測(cè)量點(diǎn)獲取相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信息，結(jié)合這些數(shù)據(jù)，可以精確地確定車(chē)門(mén)超過(guò)正常工作區(qū)域的角度，從而有效評(píng)價(jià)車(chē)門(mén)的工作性能。在車(chē)門(mén)處于過(guò)度開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，不僅會(huì)引發(fā)車(chē)門(mén)受力變形，還可能使得限位器和鉸鏈部位產(chǎn)生較大的壓力。如果這個(gè)壓力值超出了規(guī)定范圍，就會(huì)導(dǎo)致車(chē)門(mén)長(zhǎng)期變形，從而無(wú)法正常打開(kāi)。因此，針對(duì)這一模型的分析，需要考慮汽車(chē)零部件的受力數(shù)值，結(jié)合相應(yīng)的云圖，判定這一應(yīng)力值和零部件材料使用應(yīng)力之間存在的差異性。車(chē)門(mén)限位器主要做到的是限制其開(kāi)關(guān)角度和速度，也是承受外部壓力的重要承載部分，需要重點(diǎn)關(guān)注其強(qiáng)度性能。當(dāng)車(chē)門(mén)達(dá)到最大開(kāi)啟角度時(shí)，限位拉桿將處于最大行程。通過(guò)應(yīng)力云圖分析，可以得出在最大應(yīng)力位置的應(yīng)力值與零部件材料的許用應(yīng)力之間存在偏差。另外，在分析的過(guò)程中，也可進(jìn)行云圖進(jìn)行，明確這一位置的載荷，分析其位移值能否滿(mǎn)足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求。鉸鏈在工作的過(guò)程中不僅要包含承受外部的力量，同時(shí)也要和限位器同時(shí)進(jìn)行工作，需要限制這一車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)合度，在工作測(cè)試過(guò)程中，了解其最大應(yīng)力位置和應(yīng)力值以及數(shù)據(jù)偏差。

本次實(shí)踐探究的零部件最大應(yīng)力值和位移值都能滿(mǎn)足車(chē)門(mén)開(kāi)合過(guò)大的需求。值得注意的是測(cè)試方法，驗(yàn)證車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)強(qiáng)度能否滿(mǎn)足車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的需求。這一驗(yàn)證方案要選用合理的測(cè)試工藝完成最終組裝，并將測(cè)試模型放置在開(kāi)闊空間內(nèi)，然后借助方向裝置和位移傳感器，設(shè)定測(cè)試狀態(tài)下的各項(xiàng)參數(shù)，并結(jié)合測(cè)試模型完成分析。如果車(chē)門(mén)開(kāi)合較大就會(huì)無(wú)法完成精準(zhǔn)檢測(cè)，也可選用多位點(diǎn)完成各項(xiàng)數(shù)值換算，并且最終獲取車(chē)門(mén)過(guò)開(kāi)范圍。測(cè)點(diǎn)位置也要設(shè)定區(qū)間，并且在設(shè)定范圍內(nèi)劃分加載點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將車(chē)門(mén)開(kāi)放至最大角度，用于測(cè)量車(chē)門(mén)位置和系統(tǒng)之間的銜接性，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)初始數(shù)值為0。然后選用緩慢升級(jí)的形式，分別測(cè)定不同壓力下的數(shù)值，在完成零件卸載。重復(fù)上述操作三次，將獲取的各項(xiàng)數(shù)據(jù)匯總，并計(jì)算其平均值為最終結(jié)果，利用測(cè)定點(diǎn)位移計(jì)算出過(guò)開(kāi)角度。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，這一測(cè)試值和有限元模型分析誤差在百分之五以?xún)?nèi)，由此證明仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性，車(chē)門(mén)強(qiáng)度性能分析中可以實(shí)踐應(yīng)用。通過(guò)實(shí)踐研究表明車(chē)門(mén)過(guò)開(kāi)可以滿(mǎn)足車(chē)身設(shè)計(jì)需求，也展示出鉸鏈基礎(chǔ)限位和限位器銜接之間存在滯后性。當(dāng)處于統(tǒng)一情況下，位移變化緩慢問(wèn)題也會(huì)暴露，需要在車(chē)身設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)優(yōu)化完善。

3.4 車(chē)門(mén)下沉剛度有限元分析

實(shí)際生活中多存在車(chē)門(mén)受損或是產(chǎn)生垂向力的情況，不僅不利于零部件使用，也影響其存在的美觀性，進(jìn)而導(dǎo)致車(chē)門(mén)無(wú)法順利關(guān)閉，在完善車(chē)身設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合下沉剛度分析，尋求影響車(chē)門(mén)性能的主要因素，并為后續(xù)車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方案。車(chē)門(mén)零部件下沉剛度和檢測(cè)流程與汽車(chē)強(qiáng)度分析流程類(lèi)似，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中可以選用同樣的分析模式，尋求其中數(shù)據(jù)變化的關(guān)鍵因素，并且選用合適時(shí)機(jī)完成各項(xiàng)優(yōu)化流程，進(jìn)一步增強(qiáng)車(chē)身零部件使用性能和強(qiáng)度，滿(mǎn)足人民群眾的實(shí)際需求，增強(qiáng)汽車(chē)生產(chǎn)質(zhì)量。

3.5 車(chē)身零部件的優(yōu)化形式

3.5.1 材料方面的優(yōu)化

材料本身屬性也是影響零部件加工的關(guān)鍵因素，材料類(lèi)別不同也使其性能有多差異。因此，選取材料時(shí)，首要關(guān)注其各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并合理選材，綜合當(dāng)前時(shí)代發(fā)展背景，鋁合金材料使用范疇較廣，也可將其設(shè)定為材料首選。比如，針對(duì)齒輪材料的選取，需要確保其使用階段存在彎折強(qiáng)度，且有一定的韌勁，便于滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的需求。其次，關(guān)于零部件材料檢測(cè)和質(zhì)量管控，需要選用集中性管理模式，溯源其使用機(jī)制，并就其存在的問(wèn)題，最好記錄并分析，找出問(wèn)題批次，便于后續(xù)材料管理。

3.5.2 針對(duì)零部件構(gòu)造優(yōu)化

零件不同位置優(yōu)化整合旨在其強(qiáng)度和性能層面的整合，借助個(gè)性處理手段，加強(qiáng)車(chē)身材料的性能參數(shù)。重要包含三種優(yōu)化模式：第一，加強(qiáng)車(chē)身位置零部件使用的厚度，結(jié)合其使用材料的屬性，滿(mǎn)足不同測(cè)試和使用需求，也可增強(qiáng)其使用壽命。第二，關(guān)注構(gòu)造優(yōu)化，將原有的平面式構(gòu)造轉(zhuǎn)化為U型模式。也可在車(chē)身零部件中增加R角，生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，需要集中物體受應(yīng)力，方可更好的提升車(chē)身使用性能，完備其基礎(chǔ)構(gòu)造。第三，在合適的位置加入零部件，旨在了解其受力范圍，有效提升使用性能和強(qiáng)度。綜上所述，集中處理模式都是輕量式以及科學(xué)設(shè)計(jì)融合的，在測(cè)試過(guò)程中選用相互交叉的測(cè)試形式，尋求最佳的測(cè)試方案，以此滿(mǎn)足各項(xiàng)測(cè)試實(shí)際需求。

3.5.3 優(yōu)化各項(xiàng)加工工藝

針對(duì)車(chē)身零部件加工工藝，需要明確各項(xiàng)基礎(chǔ)零部件的使用性能，明確其使用強(qiáng)度，科學(xué)合理的選用生產(chǎn)加工工藝，尤其是新能源技術(shù)領(lǐng)域的延伸拓展，也會(huì)對(duì)這一生產(chǎn)使用成本產(chǎn)生十分深刻的影響。綜合社會(huì)發(fā)展需求，尤其是新能源領(lǐng)域的變化背景，多種新型手工藝建設(shè)使用，可以選用新型鑄造工藝、焊接技術(shù)等手段，提升車(chē)身零部件生產(chǎn)水準(zhǔn)，在增強(qiáng)車(chē)身性能和強(qiáng)度的同時(shí)，盡可能的減少生產(chǎn)使用成本，增強(qiáng)汽車(chē)在產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)車(chē)輛配件的強(qiáng)度測(cè)試與評(píng)估是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，需要全面考慮到多種影響元素，包括負(fù)載的多樣化、零件強(qiáng)度的波動(dòng)性和外部及內(nèi)在因素對(duì)這些變量產(chǎn)生的影響。鑒于我國(guó)剛起步的自有車(chē)型研發(fā)階段，仍需大量的基礎(chǔ)研究任務(wù)完成，例如構(gòu)建材料疲勞數(shù)據(jù)庫(kù)、推導(dǎo)出強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、累積實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等。隨著計(jì)算機(jī)CAE技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)如今的疲勞耐用度分析變得愈發(fā)便捷高效，然而實(shí)際操作中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架依然是最主要的強(qiáng)度評(píng)定工具。本篇簡(jiǎn)述了我在這一領(lǐng)域開(kāi)展的部分工作，希望能夠引發(fā)思考并有所啟示。

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