李明哲，付景順，王俊峰

（沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011

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發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及連接點(diǎn)的安全性能研究

李明哲，付景順，王俊峰

（沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋是車身結(jié)構(gòu)中重要的開啟件，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋要具有必要的過開啟角度以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋在結(jié)構(gòu)及功能上的要求。文章采用Abaqus靜力學(xué)分析功能，針對(duì)某款車型發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋進(jìn)行過開啟分析，得到艙蓋的過開啟角度和卸載之后的殘余角度?？疾炫撋w和鉸鏈的最大應(yīng)力，并分析因過開啟引起的鉸鏈、艙蓋的等效塑性應(yīng)變是否滿足設(shè)計(jì)要求。仿真結(jié)果表明：艙蓋在過開啟過程中無破壞風(fēng)險(xiǎn)，艙蓋的過開啟性能滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：過開啟；靜力學(xué)分析；等效塑性應(yīng)變

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-30-03

引言

發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋一般由內(nèi)板、外板和隔熱材料組成，內(nèi)板的作用是增強(qiáng)艙蓋的剛性[1]。在正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋不會(huì)發(fā)生過開啟現(xiàn)象，過開啟是屬于操作者的錯(cuò)誤操作引起的，即使頻次很低，不易發(fā)生，但是發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋仍需要具備一定的過開啟性能來滿足使用要求[2]。如果發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋因?yàn)檫^開啟后性能變差，不能滿足使用要求，將會(huì)引起客戶的抱怨，影響品牌形象、降低品牌忠誠度。

因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋進(jìn)行過開啟分析是十分必要的。本文以某款車型發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋作為研究對(duì)象，計(jì)算艙蓋在外力作用下的過開啟角度和卸載之后的殘余角度，分析結(jié)構(gòu)在開啟過程中的最大應(yīng)力，進(jìn)一步考察艙蓋、鉸鏈在過開啟過程中的等效塑性應(yīng)變是否滿足要求。

1、艙蓋過開啟分析過程

1.1 艙蓋自重分析

模擬真實(shí)情況，考慮艙蓋自重對(duì)分析的影響，利用Hypermesh中Load Collector功能來定義重力。在Card Image中選擇Grav，然后點(diǎn)擊Edit進(jìn)行重力創(chuàng)建，輸入重力加速度的大小及方向向量在參考坐標(biāo)系中的分量來創(chuàng)建重力。

1.2 艙蓋過開啟分析

過開啟分析是指艙蓋達(dá)到鉸鏈限位的最大開啟角度時(shí)，在艙蓋鎖位置繼續(xù)施加外力載荷，強(qiáng)迫艙蓋繼續(xù)開啟的過程，此時(shí)依靠鉸鏈和限位器的作用阻止艙蓋繼續(xù)開啟，并保持靜力平衡。因此可利用Abaqus中隱示求解器完成此步驟的分析。過開啟工況，考察艙蓋的過開啟角度以及受力狀態(tài)來評(píng)判過開啟性能。

1.3 卸載工況分析

將施加的載荷卸載，考察卸載之后的殘余角度是否滿足要求。在過開啟-卸載工況下，運(yùn)用等效塑性應(yīng)變來描述艙蓋和鉸鏈在加載過程中塑性應(yīng)變的累積結(jié)果。

2、建立有限元模型

2.1 建立艙蓋的有限元模型

整個(gè)艙蓋有限元模型處于限位器限位的最大開啟角度，利用Hypermesh中殼單元進(jìn)行艙蓋有限元模型的建立[3]，內(nèi)板與外部連接采用梁單元模擬。艙蓋的有限元模型的建立如圖1所示。

圖1 艙蓋有限元模型

2.2 設(shè)定邊界條件和分析步

第一分析步為考慮艙蓋自重工況，該工況需要約束全部自由度，來防止艙蓋和鉸鏈在重力作用下繞各自軸線旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的計(jì)算結(jié)果不收斂。

第二分析步為加載工況，在艙蓋鎖處沿著艙蓋開啟切線方向施加200N載荷，強(qiáng)迫艙蓋繼續(xù)開啟。在加載工況時(shí)，需要移除鉸鏈繞Y軸旋轉(zhuǎn)的自由度，其它約束保持不變。

第三分析步為卸載工況，移除施加在艙蓋鎖處的外力。

3、后處理結(jié)果分析

3.1 艙蓋和鉸鏈?zhǔn)芰υu(píng)估

應(yīng)用Abaqus軟件中Job模塊對(duì)有限元模型進(jìn)行求解[4]。利用Hyperview后處理功能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，鉸鏈和艙蓋的最大應(yīng)力如圖2、圖3所示，艙蓋的最大應(yīng)力出現(xiàn)在卸載過程中艙蓋與鉸鏈的連接處附近，鉸鏈的最大應(yīng)力出現(xiàn)在加載過程中鉸鏈與限位器連接的螺栓處附近，艙蓋的最大應(yīng)力為250.1Mpa，鉸鏈的最大應(yīng)力為478Mpa。

圖2 艙蓋卸載應(yīng)力圖

圖3 鉸鏈加載應(yīng)力圖

零件所用材料的抗拉壓力值如表1所示[5]，最大應(yīng)力均小于零件所用材料的最大抗拉壓力，鉸鏈和艙蓋均無破壞風(fēng)險(xiǎn)。

表1 材料的許用應(yīng)力值

3.2 等效塑性應(yīng)變分析

由于受到外力作用，艙蓋和鉸鏈會(huì)產(chǎn)生塑性變形，塑性變形的累積會(huì)導(dǎo)致零件變形失效，

圖4表示艙蓋的最大等效塑型應(yīng)變，艙蓋的等效塑性應(yīng)變的最大值為2.088%，圖5表示鉸鏈的最大等效塑型應(yīng)變，由圖可知鉸鏈的等效塑性應(yīng)變最大值為1.619%。艙蓋和鉸鏈在過開啟過程中的等效塑性應(yīng)變均小于材料的許用值，艙蓋和鉸鏈的設(shè)計(jì)滿足要求。

圖4 艙蓋等效塑性應(yīng)變圖

圖5 鉸鏈等效塑性應(yīng)變圖

3.3 過開啟角度和殘余角度分析

過開啟角度是指鉸鏈連線的中點(diǎn)與艙蓋鎖點(diǎn)處所組成的射線在加載前后的夾角，設(shè)鉸鏈連線中點(diǎn)處的坐標(biāo)為O，艙蓋鎖在加載前后的坐標(biāo)分別為A和B，則∠AOB采用余弦定理計(jì)算艙蓋的過開啟角度值。由Hyperview中可知，三點(diǎn)的坐標(biāo)分別為O（33.48，904.04），A（-485.19，1464.01），B

3.3 螺栓受力云圖

螺栓的受力云圖如圖6所示，螺栓的最大應(yīng)力值為115Mpa，小于螺栓的許用應(yīng)力，所以螺栓的受力滿足要求，無失效風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 螺栓受力云圖

4、結(jié)論

利用Abaqus軟件隱式算法求解器中靜力學(xué)功能分析艙蓋的過開啟，對(duì)艙蓋過開啟實(shí)現(xiàn)全面的評(píng)估與分析。艙蓋在200N的載荷作用下，其過開啟角度和卸載之后的殘余角度均滿足設(shè)計(jì)要求，在艙蓋過開啟過程中螺栓預(yù)緊力小于許用應(yīng)力值，無破壞風(fēng)險(xiǎn)，在過開啟過程中鉸鏈、艙蓋均會(huì)產(chǎn)生塑性變形，但其塑性變形均在設(shè)計(jì)的要求范圍之內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 廖君.汽車前后艙蓋有限元模態(tài)分析研究.[M]裝備制造技術(shù), 2007.11.

[2] 孫凌玉.汽車車身動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的理論與應(yīng)用研究 [M].

[3] HyperWorks10.0 User’s Manual [M].2010.

[4] 莊茁等.Abaqus/Standard 有限元軟件入門指南[M].北京：清華大學(xué)出版社,1998.

[5] 劉鳴放,劉勝新主編金屬材料力學(xué)性能手冊(cè)北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

The research on the safety performance of engine bonnet and hinge

Li Mingzhe, Fu Jingshun, Wang Junfeng
（Shenyang University of Technology mechanical engineering institute, Liaoning Shenyang 110870）

Abstract:The engine bonnet is an important open part in the body structure, according to thedesign requirement, the engine bonnet should have necessary overbending angle to fulfill the requirement in structure and function.To analyze the overbending of the engine bonnet by the Abaqus static function, the overbending angle and residual angle are calculated.Check the PEEQ of hinge and engine bonnet. The simulation results show that the engine bonnet meet the requirement of design with no risk of failure.

Keywords:Overbending; Statics analysis; The equivalent plastic strain

中圖分類號(hào)：U464.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)02-30-03

作者簡介：李明哲，就讀于沈陽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院。