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鸥翼车门组合式优化分析

2015/8/14        作者:杨国富  门永新  曹侃  朱贞英      
关键字:OptiStruct  有限元  优化分析  
本文通过HyperWorks对车门进行了拓扑与形貌的组合优化分析,最终优化结果在车门质量减少的情况下,使车门的模态和刚度性能均满足设计要求,达到预期优化效果。

1 引言

    车门是轿车车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件。它作为一个综合的转动部件,和白车身一起构成乘员的生存空间,其结构须满足一定的性能指标。这些指标包括:车门在受到较大下垂力时,不能发生永久变形而导致车门无法关闭;车门在受到外力作用时不应发生扭曲,影响车门的密封性能;开车时,车门不应受到振动而抖动,发出噪声。这就要求车门结构应具有足够大的刚度和良好的振动性能。同时,车门轻量化又是实现车辆燃油经济性的重要措施,因此在保证车门较高刚度和低阶固有频率时,又应尽量减少车门质量。

    本文研究的对象为鸥翼门,跟其它类型车门相比具有不同的结构。针对该车门的结构特点,对其进行了模态分析,求解了车门前5阶自由模态的固有频率及相应振型,为分析车门振动响应作了必要准备。结构的拓扑优化由于其理论和计算上的复杂性而成为结构优化设计中最富挑战性的研究领域。笔者利用HyperWorks软件中的OptiStruct模块可以比较容易的完成参数设置,从而实现轿车车门的拓扑与形貌的组合分析,得到了高刚度、轻质量的设计方案。

2 模型及工况

2.1鸥翼车门结构

    与其它类型车门相比,鸥翼车门的结构具有较大的差异性,具体表现如下:

    1)鸥翼门上部与车身顶盖连接,开启方式为上开启式,且尺寸比其它类型车门大,在车门开启状态时,需要车门与顶盖连接处的结构能够承受较大的刚度和强度,普通的结构难以满足要求;

    2)与其他类型车门相比,鸥翼门铰链与车锁对车门的约束较弱,如果结构设计不合理导致模态较低,容易产生抖动噪声。

表1 车门有限元模型信息

表1 车门有限元模型信息

图1 车门模型

图1 车门模型

2.2分析工况设定

    1.模态分析:无约束,自由状态;

    2.扭转刚度分析

    约束:铰链位置的全部自由度,锁扣中心的3个平动自由度;载荷:分别在门内部的左下角和右下角施加100N的Y向节点力。

    3.侧向刚度分析

    约束:铰链位置的全部自由度,锁扣中心的Y、Z向的平动自由度;载荷:在锁扣中心分别施加100N和-100N的Y向节点力。

    4.腰线刚度分析

    约束:铰链位置的全部自由度,锁扣中心的Y、Z向的平动和转动自由度;载荷:分别在内外板的腰线位置施加100N的Y向节点力。

3 分析结果

3.1模态分析结果

    汽车在行驶过程中,发动机运转、路面不平及高速行驶时的风力等都会引起车门的振动,当这些振源的激励频率接近车门的固有频率,便会发生共振现象,产生剧烈的振动和噪声,所以固有频率是车门重要的评价指标之一,其模态特征如表2所示。

表2 车门模态结果

表2 车门模态结果

责任编辑:吴星星
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