汽車行李箱剛度有限元分析

2013-06-10  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-www.br5w05v.cn  來源:仿真在線

本文通過 MSC Nastran 求解計算對汽車行李箱蓋的剛度進行評估,通過對計算結(jié)果的分析,對行李箱蓋的力學(xué)本質(zhì)有了許多新的發(fā)現(xiàn),根據(jù)這些新的發(fā)現(xiàn),提出相應(yīng)的改進方案,排解了設(shè)計工程師苦于難以提高行李箱剛度的困擾。

作者: 杜登惠 黃慶 來源: e-works
關(guān)鍵字: MSC Nastran 行李箱蓋 剛度

1 背景
   
近年來,隨著汽車改型換代加快,汽車行李箱蓋成為頻繁更改且更改較大的部件之一。
   
為了在很短的時間里設(shè)計出剛度很好的行李箱,需要在開發(fā)階段用 MSC Nastran 軟件對其剛度進行評估,對不滿足剛度要求的結(jié)構(gòu)提出有效的改進方案,得到設(shè)計工程師的認(rèn)可后再進行驗算,有力地支持設(shè)計工程師的設(shè)計工作,縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間,保證項目順利進行。本文通過對某車型的行李箱蓋進行各種剛度計算,來分析不同的改進方案對每種剛度的影響,從而進一步找到行李箱蓋的一些力學(xué)現(xiàn)象和大幅度提高剛度的設(shè)計方向,有效支持設(shè)計工程師的設(shè)計工作。
   
行李箱蓋主要由外板、內(nèi)板、鉸鏈、鉸鏈加強板,鎖加強板組成,外板和內(nèi)板在外周包邊,中間有膠連接,如圖 1 所示。
   

為了保證行李箱蓋在制造、運輸、使用過程中不會有太大的變形和損壞,行李箱蓋的設(shè)計需要滿足一定的剛度值,主要剛度有:側(cè)向剛度,扭轉(zhuǎn)剛度,前端局部剛度,過開剛度,尾部縱向剛度,尾部切向剛度,等等。
   
    2 有限元模型的建立
   
    2.1 網(wǎng)格劃分及連接
   
采用邊長為 10mm 的殼單元進行網(wǎng)格劃分。鉸鏈與內(nèi)板及加強板處的螺栓連接孔要有兩圈 washer。內(nèi)外板之間的包邊共節(jié)點,內(nèi)外板之間的膠連接用一定剛度的彈簧連接。行李箱蓋的有限模型如圖 2 所示,節(jié)點數(shù)大約2萬。
   

    2.2 材料
   
    計算中所使用的材料參數(shù)如下:
   

    所有零件材料均用上述參數(shù)。

3 分析與結(jié)果
   
對現(xiàn)有設(shè)計進行側(cè)向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、前端局部剛度、過開剛度、尾部縱向剛度和尾部切向剛度分析,得出每個剛度的位移,求出剛度值,并對主要工況的應(yīng)變能圖仔細(xì)研究。圖3、圖4、圖5分別為過開剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、側(cè)向剛度的應(yīng)變能圖。
    

通過對計算結(jié)果研究,發(fā)現(xiàn)鉸鏈及鉸鏈的布置、鉸鏈加強板的設(shè)計和行李箱蓋水平面與垂直面相接處的設(shè)計對剛度影響很大,下面就這幾個方面分別分析。
   
(1)鉸鏈的截面比厚度性價比更高,即增加截面可以在增加較小的質(zhì)量(質(zhì)量在某種意義上就代表 cost)上獲得較好的剛度。
   
在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將鉸鏈的截面從 20mm×20mm 變?yōu)?22mm×22mm,將厚度從2.0mm 變?yōu)?1.6mm,如圖6所示。結(jié)果是:鉸鏈的質(zhì)量下降了 8.9%;側(cè)向剛度上升了 5.1%;扭轉(zhuǎn)剛度上升了 0.3%;過開剛度上升了 2.3%。
   

    (2)鉸鏈與內(nèi)板及加強板的連接孔間距增加可以提高剛度。
   
在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將鉸鏈與內(nèi)板及加強板的連接孔間距從 60mm 增加到 70mm,如圖7所示。結(jié)果是:前端局部剛度增加了 10.8%;尾部縱向剛度增加了 2.1%;扭轉(zhuǎn)剛度增加了 1.7%;過開剛度增加了 1.5%。
    

(3)側(cè)向剛度計算的加載點和鉸鏈在車身上的安裝點比較,Z向的位置對側(cè)向剛度影響很大。在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將計算側(cè)向剛度的加載點Z向抬高 30mm,如圖8所示。結(jié)果是:側(cè)向剛度提高了 27%。
   

(4)鉸鏈加強板的設(shè)計對剛度影響很大。
   
(a) 在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將鉸鏈加強板的靠前的加強筋的高度從 2mm 變?yōu)?5mm,將加強筋延伸靠近螺栓連接孔,見圖 9。結(jié)果是:側(cè)向剛度增加了 3.4%;扭轉(zhuǎn)剛度增加了 10.3%;過開剛度增加了 2.8%。
   

(b)在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將鉸鏈加強板的一部分材料去掉,見圖 10。結(jié)果是:側(cè)向剛度下降了 8%;扭轉(zhuǎn)剛度下降了 36.3%;過開剛度下降了 50.0%。
   

(5) 行李箱蓋水平面與垂直面相接處的設(shè)計對剛度影響很大。
   
在原始設(shè)計的基礎(chǔ)上,將靠兩邊的行李箱蓋水平面與垂直面相接處的過渡改緩,即圓角半徑變大,最高處相差 8mm,如圖 11 所示。
   

    結(jié)果是:
   
    側(cè)向剛度增加了 3.7%;
    尾部縱向剛度增加了 11.3%;
    扭轉(zhuǎn)剛度增加了 9.5%;
    過開剛度增加了 10.1%。
   
    4 結(jié)論
   
利用 MSC Nastran 軟件計算可以為設(shè)計提高汽車行李箱的剛度提供方向性指導(dǎo),并且在產(chǎn)品開發(fā)階段取得了很好的成效。(1)鉸鏈的截面做得大一點,為了不增加質(zhì)量,可以將厚度減小,結(jié)果對提高側(cè)向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、過開剛度都有好處;(2)將鉸鏈與內(nèi)板及加強板的靠前的連接孔向前移,則行李箱蓋的前端局部剛度會提高很多;(3)將鉸鏈加強板在Y向做寬,焊點盡量布置遠(yuǎn),對行李箱蓋的扭轉(zhuǎn)剛度非常有利;(4)將鉸鏈加強板上的加強筋做強,且靠近螺栓連接孔,對行李箱蓋的扭轉(zhuǎn)剛度非常有利;(5)如果鉸鏈在車身的安裝點與側(cè)向剛度加載點的z向距離減小點,則對李箱蓋的側(cè)向剛度提高很大;(6)行李箱蓋水平面與垂直面靠兩邊相接處設(shè)計得過渡平緩一點,使得此處的結(jié)構(gòu)厚實一些,對提高行李箱蓋的側(cè)向剛度、尾部縱向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、過開剛度都非常有利。

相關(guān)標(biāo)簽搜索：汽車行李箱剛度有限元分析 SolidWorks培訓(xùn)課程 SolidWorks設(shè)計教程 SolidWorks視頻教程 SolidWorks軟件下載 SolidWorks在建筑室內(nèi)設(shè)計工業(yè)設(shè)計的應(yīng)用 SolidWorks基礎(chǔ)知識 SolidWorks代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓(xùn) Abaqus培訓(xùn) Autoform培訓(xùn)