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車門作為車身結(jié)構(gòu)的重要組成部件，其通過鉸鏈與車身連接，與車身一起為乘客提供安全的乘坐空間。車門主要由車門外板、車門內(nèi)板、窗框加強(qiáng)板、門鎖加強(qiáng)板、鉸鏈安裝板、防撞桿和鉸鏈等組成。車門剛度是車門設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一，直接影響整車的舒適性和安全性。因此，在汽車開發(fā)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對車門結(jié)構(gòu)中存在的問題進(jìn)行優(yōu)化處理，從而提高產(chǎn)品整體的質(zhì)量和性能。
本文利用有限元分析方法，通過計(jì)算機(jī)仿真對某款SUV前車門的模態(tài)、下沉剛度、扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行了分析與計(jì)算，發(fā)現(xiàn)車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，為提高車門性能提供了參考依據(jù)。
首先，在CATIA軟件中，根據(jù)車門的設(shè)計(jì)尺寸建立車門的三維幾何模型，然后導(dǎo)入到有限元分析軟件HyperMesh中進(jìn)行幾何修復(fù)，對于車門結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布影響很小的某些功能件和非主要承載件進(jìn)行模型的簡化，如忽略直徑小于16mm的圓孔、半徑小于5mm的過渡圓角和倒角，以此獲得較好的網(wǎng)格質(zhì)量，提高求解精度。前車門所有薄板沖壓成型件均采用四邊形Quads和三節(jié)點(diǎn)三角形Trias殼單元，單元尺寸控制在4~17mm，平均單元尺寸控制在10mm，殼單元共14749個(gè)，三角形單元1025個(gè)，占6.95％（＜8％）；采用剛性的RBE2單元模擬焊點(diǎn)，Weld焊點(diǎn)共87個(gè)，同時(shí)用Rigid模擬螺栓連接，剛性連接點(diǎn)共154個(gè)，最后定義各零件的材料屬性。
左前車門作為整車中非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)部件，在設(shè)計(jì)時(shí)，其一階固有頻率應(yīng)該避開道路激勵(lì)頻率、傳動軸激勵(lì)頻率以及發(fā)動機(jī)激勵(lì)頻率，從而避免發(fā)生共振，產(chǎn)生振動噪聲，影響乘員舒適性。
對車門進(jìn)行自由模態(tài)分析時(shí)，車門處于無約束和無加載工況，求解得到前4階自由模態(tài)固有頻率和振型。從分析得到結(jié)果看，第一階模態(tài)僅有23.4Hz，頻率值偏低，為避免共振現(xiàn)象應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)。
由于對車門剛度的評價(jià)沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，所以在對該車車門的下沉剛度分析中，需要參考典型車車門的特征值來判斷其下沉剛度是否滿足要求。參照實(shí)驗(yàn)規(guī)定要求，車門除受重力外，在車門內(nèi)側(cè)把手處施加1000N垂直向下的載荷，并在車門鉸鏈處進(jìn)行全約束，對車門開啟15°和68°兩種工況進(jìn)行分析。
分析得出加載點(diǎn)在車門開啟15°和68°時(shí)，殘余變形分別為4.0mm和2.76mm；最大變形為11.2mm和9.1mm，而一般對車門的下沉要求是小于2mm，表明該車門的下沉剛度較差。由應(yīng)力云圖可知，引起殘余變形的主要原因是車身前門鉸鏈安裝位置的塑性變形。
結(jié)合車門的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求，考慮到車門前端的剛度要大于后端的剛度，從而確定計(jì)算車門扭轉(zhuǎn)剛度的約束和加載方式：約束方式均為車門鉸鏈處，加載方式為：工況1：在車門內(nèi)板右上角施加大小為183N的Y向節(jié)點(diǎn)力；工況2：在車門內(nèi)板右下角施加大小為183N的Y向節(jié)點(diǎn)力。兩種工況的Y向位移云圖，向位移分別為6.32mm和0.82mm，由工況1、2下的最大位移量計(jì)算，得到扭轉(zhuǎn)剛度分別為29N/mm和223N/m。
在車門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，車門剛度是車門設(shè)計(jì)的重要性能參數(shù)之一，是車門性能的主要評價(jià)指標(biāo)。車門的結(jié)構(gòu)性能要求除了要有必要的開度、密封性、工藝性好外，最重要的是要安全可靠，滿足剛度、強(qiáng)度以及小的振動性能的要求。本文利用有限元方法，對某款SUV前車門的靜態(tài)剛度進(jìn)行了分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)該車門在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在缺陷，這對車門今后的改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。
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