張建偉，柴志，楊邦安

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性的研究與應(yīng)用

張建偉，柴志，楊邦安

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

某車型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性不足。本文對(duì)抗凹性的原理進(jìn)行分析，并提出了改進(jìn)建議，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋設(shè)計(jì)有較好的指導(dǎo)建議。

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋；抗凹性

CLC NO.:U463.8Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014) 12-18-03

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性是評(píng)價(jià)外觀質(zhì)量和使用性能的重要指標(biāo)，直接影響到顧客的感官品質(zhì)。在節(jié)油大背景的前提下要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋越來越輕。在整車成本的壓力下，要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋采用最低價(jià)格方案。在行人保護(hù)要求下，要求發(fā)動(dòng)機(jī)蓋越軟越好。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋滿足成本、輕量化、行人保護(hù)等的前提下達(dá)到屈曲抗凹要求。

某自主品牌車型，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性滿足CAE分析要求，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋實(shí)物進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性不滿足設(shè)計(jì)要求，本文梳理影響發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹的因素。重點(diǎn)分析發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)外板抗凹性的影響。對(duì)CAE分析方法進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，為后續(xù)新車型的設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1、影響發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性的相關(guān)因素

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋是較大的外覆蓋件，結(jié)構(gòu)包括外板、內(nèi)板、外板支撐板、鎖扣加強(qiáng)板、鉸鏈加強(qiáng)板等結(jié)構(gòu)，需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到外板的抗凹性，影響發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性的主要因素有：

a.外板料厚，料厚變化影響抗凹性。增加料厚，提高抗凹性，降低料厚，反之；

b.外板材料，鋼材等級(jí)和鋼材材質(zhì)變化直接影響抗凹性；

c.外板特征，特征線和沖壓特征可以提高區(qū)部剛度；

d.內(nèi)部支撐點(diǎn)，即增加內(nèi)板與外板支撐板對(duì)外板的支撐點(diǎn)；

e.增強(qiáng)墊，外板內(nèi)表面增加增強(qiáng)墊，提高局部抗凹性；

f.外板拉延充分性。

在上述影響外板抗凹性因素中，考慮到成本、工藝、重量、造型等原因，通過對(duì)內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高對(duì)外板支撐最具可行性。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性問題分析

2.1 抗凹性標(biāo)準(zhǔn)和分析設(shè)定

當(dāng)前采用的CAE分析目標(biāo)，詳見表1。

表1 抗凹性標(biāo)準(zhǔn)

a）根據(jù)車型定位和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的面積分析，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板材料定義為DC04，厚度定義為0.65mm，外板特征服從整車造型風(fēng)格不做優(yōu)化；

b）不采用內(nèi)貼增強(qiáng)墊方案，降低成本；

c）根據(jù)車型定位和發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的面積分析，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板材料定義為DC04，厚度定義為0.65mm，通過內(nèi)板優(yōu)化，提高對(duì)外板的支撐作用。

2.2 實(shí)車臺(tái)架試驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋實(shí)物進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，見圖1，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性不滿足設(shè)計(jì)要求，具體表現(xiàn)：

a. 測(cè)試位置最大變形量超過10mm;

b. 存在油罐效應(yīng)，即按壓后不能回彈。測(cè)試結(jié)果顯示CAE分析不能充分反映實(shí)物狀態(tài)，一旦在實(shí)物驗(yàn)證階段發(fā)現(xiàn)抗凹性不足的問題，會(huì)投入大量的人力物力對(duì)問題進(jìn)行閉環(huán)，導(dǎo)致了成本和項(xiàng)目計(jì)劃的延后，影響新車項(xiàng)目進(jìn)度。因此需要對(duì)CAE分析方法的進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 當(dāng)前CAE分析方法

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的約束如圖3所示；通過施加均布載荷進(jìn)行靜力分析和計(jì)算屈曲模態(tài)的方法確定發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的薄弱位置，然后在薄弱位置施加75mm撞擊塊，用400N的垂直力進(jìn)行撞擊，加載位置如圖3所示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋結(jié)構(gòu)具有左右對(duì)稱性，因此分析僅取一側(cè)進(jìn)行考察。

提取各個(gè)加載點(diǎn)的載荷和位移數(shù)據(jù)，繪制載荷-位移曲線圖，便直觀衡量引擎蓋不同位置的屈曲抗凹性能，曲線如圖4所示，并對(duì)分析結(jié)果匯總，見表2。

表2 分析結(jié)果匯總

2.4 CAE分析方法的優(yōu)化

當(dāng)前CAE分析方法與實(shí)物狀態(tài)存在一定差距，因此對(duì)分析方法進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的約束方法不變。

a）區(qū)域選取

CAE分析選取薄弱點(diǎn)時(shí)，除去均布載荷進(jìn)行靜力分析和計(jì)算屈曲模態(tài)的方法選取外，需要增加內(nèi)部涂膠支撐風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行CAE分析，杜絕CAE自動(dòng)選取薄弱點(diǎn)存在的誤差和風(fēng)險(xiǎn)。分析方法不變。

根據(jù)實(shí)物測(cè)試結(jié)果和工程師經(jīng)驗(yàn)，增加內(nèi)部支撐薄弱區(qū)

域CAE分析，見圖5，必要時(shí)對(duì)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋劃分網(wǎng)格，全面做CAE分析。

b）撞擊塊重新定義

為滿足顧客對(duì)車輛感官品質(zhì)的要求，對(duì)撞擊塊進(jìn)行合理定義，增加了手部模型撞擊塊。

表3 撞擊塊

2.5 方案分析和實(shí)物驗(yàn)證

根據(jù)優(yōu)化的CAE分析方法，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，選取的內(nèi)板設(shè)計(jì)方案均滿足行人保護(hù)、剛度、模態(tài)等性能，并通過樣件對(duì)CAE抗凹性分析進(jìn)行驗(yàn)證。

表2 內(nèi)板方案

經(jīng)過CAE分析和對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)板涂膠點(diǎn)合理的分布設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外部具有良好的支撐效果，見圖6。

CAE分析結(jié)果與實(shí)物測(cè)試比例修正

CAE分析結(jié)果 = μ·實(shí)物測(cè)試結(jié)果

其中，μ值經(jīng)過大量測(cè)試和車型積累，并根據(jù)每個(gè)主機(jī)廠要求有所不同。

3、總結(jié)結(jié)論

通過上述分析，明確了發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板對(duì)外板支撐的重要作用，合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以提高外板的抗凹性。因此建議在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性。相當(dāng)于將試驗(yàn)驗(yàn)證和市場(chǎng)評(píng)價(jià)階段的風(fēng)險(xiǎn)提前到數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和CAE分析階段，避免因抗凹性不足引起的設(shè)計(jì)變更、成本增加和項(xiàng)目進(jìn)展拖后。

某自主品牌車型因內(nèi)板支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)存在缺陷，且CAE不能正確模擬實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性能，考慮到內(nèi)板設(shè)計(jì)變更高昂的模具成本和設(shè)計(jì)周期，采用外板內(nèi)部增加增強(qiáng)墊的方案解決抗凹性不足的問題，導(dǎo)致了單車成本增加。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋CAE分析與實(shí)物驗(yàn)證的結(jié)果進(jìn)行比例修正，提高了理論分析的準(zhǔn)確性。

[1] 虞敬文,李濤,李金洪.發(fā)動(dòng)機(jī)蓋變形研究,2012,制造業(yè)信息化.

[2] 肖介平.轎車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋抗凹性分析.

[3] 付爭(zhēng)春,胡平,劉海鵬.外覆蓋件抗凹性能的模擬仿真研究,2008,塑性工程學(xué)報(bào).

[4] 王法峰, 趙濤,趙淮北,李輝.車身外覆蓋件抗凹性能系統(tǒng)提升的路徑,2014,金屬加工.

The Researching and Application of BIW Panel Denting on Vehicle Hood

Zhang Jianwei, Chai Zhi, Yang Bangan
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Technology Center, Anhui Hefei 230601)

BIW panel denting of the vehicle hood is not meet target.In this paper, by analyzing the matter of BIW panel denting, and giving the melioration suggestion, which is prodound for the hood design.

hood BIW； panel denting

U463.8

A

1671-7988(2014)12-18-03

張建偉，工程師，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心，主要從事開閉件的設(shè)計(jì)和研發(fā)工作。