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        下彎梁總成結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

        2019-07-09 23:33:04陸毅初龐慶黎海
        時代汽車 2019年6期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        陸毅初 龐慶 黎海

        摘 要:通過對目前某車型下彎梁總成結(jié)構(gòu)框架較弱,散熱器和冷凝器安裝點動剛度不足等問題進行分析,并對下彎梁總成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,從而提高整車扭轉(zhuǎn)剛度、NVH性能及碰撞性能。

        關(guān)鍵詞:下彎梁;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;動剛度

        1 引言

        隨著人們需求的進一步升級,對車輛操控、安全、NVH等性能的要求越來越高。下彎梁總成作為車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分,集成前保險杠、散熱器、中冷器、發(fā)動機下蓋板、線束等安裝點,對車輛的框架結(jié)構(gòu)強度、扭轉(zhuǎn)、安碰及NVH有著重要影響。

        本文針對某車型下彎梁總成結(jié)構(gòu)框架弱,安裝點動剛度不足,制造工藝性不佳等問題,通過對下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,從而提高下彎梁總成框架結(jié)構(gòu)強度、碰撞性能及NVH性能。通過這一實例,總結(jié)了下彎梁總成結(jié)構(gòu)的設(shè)計經(jīng)驗,為今后進一步優(yōu)化車身零件結(jié)構(gòu)強度和功能的設(shè)計提供一些借鑒和參考。

        2 下彎梁總成結(jié)構(gòu)特點及分析

        2.1 下彎梁總成功能及結(jié)構(gòu)特點

        下彎梁總成位于車身前下端,連接左右前縱梁,是車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分,集成前保險杠、散熱器、中冷器、發(fā)動機下蓋板、線束等安裝點。下彎梁總成的結(jié)構(gòu)特點是:下彎梁總成通過點焊或螺栓與前縱梁連接,分別與上彎梁、上彎梁立柱組成一個封閉的框型結(jié)構(gòu)。某車型的下彎梁總成設(shè)計為單板“U”型結(jié)構(gòu),與縱梁通過螺栓連接,如圖1所示:

        2.2 下彎梁總成結(jié)構(gòu)分析

        通過對現(xiàn)在下彎梁總成的結(jié)構(gòu)特點進行分析、CAE模擬計算,以及零件在制造過程中的驗證,發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)存在以下缺點:

        1.結(jié)構(gòu)強度不佳:下彎梁與縱梁連接結(jié)構(gòu)為單板結(jié)構(gòu),連接結(jié)構(gòu)強度較弱,對整車扭轉(zhuǎn)剛度提升貢獻較低;

        2.安裝點NVH性能不佳:下彎梁為倒“U”形單層鈑金結(jié)構(gòu),且散熱器安裝點無加強結(jié)構(gòu),且安裝點Y向離縱梁較遠,散熱器安裝點結(jié)構(gòu)強度不足(目標≥600N/mm),動剛度低,影響整車NVH性能的提升,通過利用CAE等工具對其進行模擬分析,其動剛度值如表1所示;

        3.碰撞性能不佳:下彎梁Y向結(jié)構(gòu)強度不足,在碰撞過程中,前縱梁Y向變形大;

        4.制造工藝不佳:下彎梁總成為總裝件,在車身焊接時車身前端缺少Y向支撐結(jié)構(gòu),導(dǎo)致左右前縱梁總成易左右竄動,降低零件合格率,如圖2所示。

        3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

        針對現(xiàn)有下彎梁總成存在的結(jié)構(gòu)缺點,為解決其現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺陷,在不影響周邊零件結(jié)構(gòu)的前提下,從以下三個方面對下彎梁總成的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化:

        1.下彎梁與下彎梁連接板A/B通過焊點(左右各4個)進行連接,連接板A/B通過點焊與前縱梁側(cè)面、底面進行連接。接板結(jié)構(gòu)形成一個封閉腔體結(jié)構(gòu),使應(yīng)力可以快速的傳遞至縱梁,且結(jié)構(gòu)受力方向由剝離力變化為剪切力,大大增強結(jié)構(gòu)的強度和剛度;下彎梁與縱梁連接結(jié)強度構(gòu)的增強,提高了整車扭轉(zhuǎn)剛度和車輛碰撞安全性能,結(jié)構(gòu)如圖3所示;

        2.在下彎梁開口方向增加封板,新增的封板與下彎梁構(gòu)成一個封閉的腔體結(jié)構(gòu),提高了下彎梁結(jié)構(gòu)強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,大幅提升散熱器和冷凝器安裝點的動剛度、整車扭轉(zhuǎn)剛度及車輛碰撞安全性能。

        3.散熱器安裝點結(jié)構(gòu)強化:在散熱器安裝點處增加倒“U”字形加強板,其與下彎梁型面貼合,通過點焊與下彎梁連接,提高散熱器安裝點的動剛度,如圖4所示;

        4 下彎梁總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化實踐結(jié)果

        通過對下彎梁總成新結(jié)構(gòu)進行分析及實車驗證,其效果如下:

        1.提高了下彎梁結(jié)構(gòu)強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,散熱器安裝點的動剛度大幅提升(X/Y/Z向提升≥600%),解決此處結(jié)構(gòu)NVH性能不佳的問題,其動剛度值如表2所示;

        2.下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)的增強,與上彎梁一起構(gòu)成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu),整車的扭轉(zhuǎn)剛度提升10%;

        3.下彎梁總成及其連接結(jié)構(gòu)的增強,提高下彎梁對前縱梁在碰撞中的Y向支撐,使前縱梁能沿X向壓潰,提高車輛碰撞安全性能;

        4.提高車身前端框架結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性,防止白車身在制造運輸過程中左右竄動,提高零件合格率。

        5 小結(jié)

        下彎梁總成作為車身前端框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對結(jié)構(gòu)強度、扭轉(zhuǎn)、安碰及NVH有著重要影響。本文通過對某車型下彎梁總成存在的一些結(jié)構(gòu)缺陷進行分析,提出結(jié)構(gòu)改進方向,并制定有效、可靠的改進方案,并輔助利用有限元軟件分析工具進行校核,最終達到結(jié)構(gòu)強度、NVH、安碰、制造工藝等性能提升的目的。在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計過程中,要充分考慮零件的使用功能、邊界條件等因素,結(jié)合在實際制造過程當中出現(xiàn)的問題,及合理利用有限元軟件進行理論校核,提高結(jié)構(gòu)的可靠性,最后達到優(yōu)化設(shè)計的目的。

        參考文獻:

        [1]黃天澤、黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計.機械工業(yè)出版社,1997.

        [2]張小虞.汽車工程手冊[M].北京:人民交通出版社,200l.

        [3]周昌玉 賀小華 《有限元分析的基本方法及工程應(yīng)用》 ?化學工業(yè)出版社2006.

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