鄭州日產(chǎn)汽車有限公司技術(shù)中心 祝小康 李夢(mèng)帆 蘇秀榮

一．引言

保證汽車結(jié)構(gòu)的碰撞安全性以提高乘員的被動(dòng)安全，早已成為汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)先考慮的工作。本文主要從白車身的正碰、側(cè)碰和尾碰3個(gè)方面著手介紹了CAE在汽車被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。

二． CAE分析的動(dòng)力學(xué)模擬理論

大多數(shù)非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題都是采用顯式求解方法，特別是在求解大型結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)高度非線性問(wèn)題時(shí)，顯示求解方法有明顯的優(yōu)越性。下面簡(jiǎn)要介紹一下顯示求解方法。

圖1 彈簧阻尼系統(tǒng)示意圖

如圖1所示，先考慮簡(jiǎn)單的單自由度線性彈簧阻尼系統(tǒng)，根據(jù)達(dá)朗貝爾動(dòng)力學(xué)原理可得：為加速度，為速度，u為位移，p(t)為外力。對(duì)于非線性問(wèn)題， k為位移u的函數(shù)，方程為：

對(duì)于非線性問(wèn)題用解析方法一般很難求解，所以應(yīng)用數(shù)值解法來(lái)求解，常用的為有限差分法和有限元法。對(duì)于有限元法而言，上述運(yùn)動(dòng)方程的矩陣形式為：

求解該運(yùn)動(dòng)方程目前使用較多的方法有兩種，一種是振型疊加法，另一種是逐步積分法。對(duì)于復(fù)雜問(wèn)題，一般采用逐步積分法。

三． 汽車門鎖及車門保持件性能的CAE模擬分析

本文所述車型的側(cè)滑門是在已有車型的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新造型、重新設(shè)計(jì)的側(cè)滑門，因此需要重新校核其是否滿足國(guó)標(biāo)《GB15086汽車門鎖及車門保持件的性能要求和試驗(yàn)方法》的法規(guī)要求。

本文利用Hyperworks軟件對(duì)側(cè)滑門及側(cè)圍總成采用殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，可得172358個(gè)單元、181232個(gè)節(jié)點(diǎn)。在安裝螺栓孔位置和焊點(diǎn)處作RBE2 SPIDER連接，側(cè)滑門內(nèi)外板粘膠處作一層solidmap實(shí)體單元。利用LS-dyna R6進(jìn)行模擬分析。

1.約束和加載

①約束車身截面處所有節(jié)點(diǎn)6個(gè)方向的自由度。

②加載位置及加載裝置位移示意圖如圖2所示，兩個(gè)壓頭上分別施加9kN的壓力。

圖2 CAE加載位置及加載過(guò)程示意圖

2. [N]版數(shù)據(jù)的模擬分析

（1）方案說(shuō)明

[N]版數(shù)據(jù)的C柱鎖扣安裝處側(cè)圍內(nèi)外板總成由2個(gè)點(diǎn)焊焊點(diǎn)連接，如圖3所示

圖3 [N]版數(shù)據(jù)C柱鎖扣安裝處側(cè)圍內(nèi)外板總成的連接示意圖

（2）分析結(jié)果

通過(guò)計(jì)算可知側(cè)滑門總成的最大位移量為100.4mm，不滿足法規(guī)要求（法規(guī)要求試驗(yàn)后最大間隙值＜100mm），方案NG。

模擬分析的加載過(guò)程如圖4所示，C柱內(nèi)外板的位移云圖如圖5所示，模擬分析后側(cè)滑門與側(cè)圍的間隙示意圖如圖6所示。

圖4 [N]版數(shù)據(jù)模擬分析的加載過(guò)程示意圖

圖5 [N]版數(shù)據(jù)C柱內(nèi)外板的位移云圖

圖6 [N]版數(shù)據(jù)模擬分析后側(cè)滑門與側(cè)圍的間隙示意圖

3.[1]版數(shù)據(jù)的模擬分析

（1）方案說(shuō)明

[1]版數(shù)據(jù)在[N]版數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，在C柱鎖扣安裝處附近增加1個(gè)連接支架和1個(gè)焊點(diǎn)，具體如圖7所示

圖7 [1]版數(shù)據(jù)C柱鎖扣安裝處附近側(cè)圍內(nèi)外板總成的連接示意圖

（2）分析結(jié)果

通過(guò)計(jì)算可知側(cè)滑門總成的最大位移量為68.5mm，相比[N]版數(shù)據(jù)試驗(yàn)后的最大間隙值（100.4mm）得到很大改善，且滿足法規(guī)要求（法規(guī)要求試驗(yàn)后最大間隙值＜100mm），方案OK。

模擬分析的加載過(guò)程如圖8所示，C柱內(nèi)外板的位移云圖如圖9所示，模擬分析后側(cè)滑門與側(cè)圍的間隙示意圖如圖10所示

圖8 [1]版數(shù)據(jù)模擬分析的加載過(guò)程示意圖

圖9 [1]版數(shù)據(jù)C柱內(nèi)外板的位移云圖

圖10 [1]版數(shù)據(jù)模擬分析后側(cè)滑門與側(cè)圍的間隙示意圖

4.總結(jié)

將[N]版數(shù)據(jù)和[1]版數(shù)據(jù)的結(jié)果匯總?cè)绫?所示，由表1可知：

結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，C柱內(nèi)板Y向位移量無(wú)明顯變化；

結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，C柱外板的Y向位移量減少41%；

結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，試驗(yàn)過(guò)程中車門后側(cè)間隙量明顯減小，且滿足法規(guī)要求（法規(guī)要求試驗(yàn)后最大間隙值＜100mm），側(cè)滑門試驗(yàn)后未脫開。

表1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的模擬分析結(jié)果對(duì)比表

四． 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)LS-dyna R6在某車型中對(duì)汽車門鎖及車門保持件性能的模擬分析為例，簡(jiǎn)述了CAE在汽車安全性設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。利用CAE技術(shù)對(duì)汽車安全部品的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬分析，可以有效地評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可行性，避免后期實(shí)車試驗(yàn)時(shí)方案NG對(duì)項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)延后、設(shè)計(jì)方案無(wú)法改進(jìn)、試驗(yàn)費(fèi)用高等問(wèn)題的產(chǎn)生。