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基于HyperWorks在某机罩开闭耐久中的应用

2022/3/17    来源:Altair    作者:陆志成  周鹏  李径亮      
关键字:机罩  HyperWorks  
本文应用HyperWorks前后处理软件,利用计算机仿真的方法对机罩的开裂问题进行了分析,依具体问题提出了改进措施。最终实车通过强度耐久试验,满足设计要求。
1 概述

       汽车零部件的强度大小将直接影响汽车的有效使用寿命,零件的局部应力集中将导致零件的局部开裂甚至断裂,使汽车零部件或总成的功能失效。因此对于代表汽车外观和涉及用户安全的汽车车身来说,具有足够的车身强度是必要的。

       某车型的机罩在做冲击耐久试验到60%的时候,出现锁扣区域部分焊点开裂的问题,冲击耐久性能是机罩的一个重要考核的性能,本文在保证各个部件的定义不变的前提下,采用HypweWorks软件对机罩焊点的位置进行优化分析,来满足冲击耐久的要求。

2 机罩冲击耐久试验方法

       机罩的冲击耐久试验是对车身、环境件以及机罩部件开闭耐久性进行确认,试验时将机罩系统装在整车上进行。试验前需对机罩及相关环境件进行符合性检查和间隙面差的测量,在一定高度下关闭3000次,前2000次每隔500次检查一次结果,后1000次每隔200次检查一次。所有机罩功能(开闭,手动操作,密封)正常且无噪音;相关零件没有任何开裂,脱焊,脱落,没有任何可视范围变形(包括铰链不应出现间隙),与环境件不出现磕碰痕迹。

3 冲击耐久计算分析

       发动机罩由内板、外板、锁扣加强板、锁扣、铰链及加强板组合而成,外板为空间曲面板,要迎合整车造型的需求,体现轿车的外形风格,结构优化的空间不大。内板为薄钢板,筋条网格状布置,其主体结构可根据需要布置孔洞,以减轻自身重量,内板的作用还包括:加强结构刚度、达到足够的抗凹性能及满足碰撞(行人保护)法规要求,此外兼顾加工工艺、轻量化、车身的防腐蚀和最低成本原则等方面的需要。某轿车发动罩总成由图1所示部件组成。

某轿车发动机罩总成

图1 某轿车发动机罩总成

       在进行建模之前,需要在HyperWorks软件中对物理现象作一定的假设和简化,例如限位块用弹簧单元模拟,锁刚度的用弹簧单元模拟,隔音棉用质量单元模拟等,这种假设和简化必须在满足研究对象基本特征和受力状态不被改变的前提下进行。

       前处理是发动机罩CAE分析过程中的关键一步,模型质量的好坏直接影响求解结果的可靠性。本文采用HyperMesh前处理软件建模。发动机罩是一种典型的壳体类零部件,钢板采用壳单元建立,粘胶采用六面体单元模拟,螺栓连接采用RBE2单元模拟,焊点采用ACM2单元模拟。如图2所示。

某轿车发动机罩有限元模型

图2 某轿车发动机罩有限元模型

4 计算分析

       4.1 边界条件

       机罩铰链与车身链接处的螺栓孔约束123456自由度,限位块与车身贴合端约束所有自由度,锁扣与车身连接端约束所有自由度。机罩在关闭状态下,限位块压缩2mm,在机罩端加限位块的预压力。加转动角加速度,给值为机罩在一定高度下关闭下的角加速度,如图3所示。

约束和载荷

图3 约束和载荷

       4.2 计算结果

       根据应力计算结果可以看到,机罩零件的最大应力出现在焊点周围,为143MPa,与试验时焊点区域开裂位置一致,如图4所示,这进一步验证了计算模型的正确性,同时也说明在机罩的开闭使用过程中,主要是锁扣所受的力传递到焊点区域,累计到一定的循环次数后,机罩内板发生破坏。

开裂位置的应力

图4 开裂位置的应力

5 改进方案

       通过前面对机罩局部区域应力的分析计算,表明要解决开裂问题就是要降低焊点附近钣金件的应力大小。

       对零件局部的加强,通常可以修改开裂的车身零件结构;更改支撑零件以提高强度;增加零件的厚度;更换零件材料等。该机罩零件模具都已经开发完成,因此修改零件结构的方案不予考虑。因此,考虑采用优化焊点的方法来分担开裂区域的应力,包括优化焊点的位置和数量,使原来焊点区域的受力减小,在焊装工艺条件允许的情况下,经过多次迭代,得到焊点布置的最优位置,优化后的焊点如下图5所示。

改进前后的焊点定义

图5 改进前后的焊点定义

       从应力计算结果可以看出,优化焊点后零件的应力降低,如图6所示,很好的分散了原有焊点区域的应力,最大应力降为112Mpa。

改进方案的应力分布

图6 改进方案的应力分布

6 结论

       本文利用HyperMesh强大的画网格功能及HyperView强度的后处理功能,很方便进行建模与后处理结果提取分析。根据分析结果对机罩的性能做了评价,并提出了优化方案,经试验检测证明优化改进后的结构满足要求,解决了耐久开裂问题。

       同时,也给新车型的开发提供了指导意义,在产品设计前期采用本文提到的计算方法对产品性能进行评估。
 
责任编辑:程玥
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