某越野车后掀门有限元分析和结构优化设计

1 概论
    随着汽车技术的发展，车身结构趋于轻量化设计。传统上的采用加厚钣金件厚度等提高强度的方法已经被淘汰。传统设计是一种基于经验的设计方法，不可避免地出现盲目性。设计中实际上采用的是尝试的方法，一种方法不行，再试另外一种方法。这样做不仅费时，也造成了不必要人力和财力的浪费。随着现代有限元技术和设计理念的发展，更多地借助于计算技术来完成相关的设计。本文基于 OptiStruct软件，针对某越野车后掀们原设计强度不足的问题，采用 OptiStruct进行形貌优化，在不增加重量的前提下，提高结构强度。
2 有限元模型的建立
2.1  有限元网格划分
    模型前处理采用 Altair HyperMesh软件。针对后掀门为钣金结构的特点，网格划分采用四边形网格，在过渡区域采用适当个数的三角形单元。建立的模型如图所示。模型信息如表所示。

           图 1原设计结构的有限元模型     图 2原设计结构有限元分析的边界条件

表 1有限元模型规模信息

2.2  有限元载荷和边界条件

    计算中，在后掀门中间位置上（最为危险的位置）。在相应位置上施加由上述载荷产生
的作用力。如图所示，后掀门在安装点通过销结构进行装配。有限元计算分析时，约束四个安装销处的平动自由度。从而建立某越野车后掀门结构的约束系统。

2.3  材料模型
    建立有限元模型时，采用 MAT1材料模型进行材料建模，材料相关参数如表所示。

表 2材料 STEEL的参数

3 结构强度计算分析
    载荷和边界条件如前所述，原设计结构应变和应力云图分别如图 3和图 4所示，最大形变位移和最大应力如表 3所示。原设计的最大应力达到了 498MPa,而材料的抗拉强度为 540MPa~695MPa，这个应力值已经大于材料的屈服极限，接近抗拉强度，可以说结构的设计在某种程度说存在问题。需要修改设计。

         图 3原设计形变位移云图图            4原设计应力云

图表 3结构的最大应力和最大形变位移及约束反力的比较