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        某新能源汽車后車門模態(tài)性能與剛度性能分析

        2021-10-28 10:35:38陳宇楠游道亮
        汽車實用技術 2021年19期
        關鍵詞:陣型車門云圖

        陳宇楠,游道亮

        (江鈴汽車股份有限公司,江西 南昌 330200)

        引言

        汽車門是汽車結構中比較重要同時又相對獨立的系統(tǒng),車門的模態(tài)性能對車輛的振動特性影響較大,當其頻率與車輛的工作頻率重合時,產生噪音和振動,直接影響車輛的舒適性。車門的剛度性能對車輛的密封性影響較大,當其剛度性能偏弱時,車門的變形會偏大,直接影響車門與車身的密封性,因此車門的模態(tài)性能和剛度性能對汽車的可靠性具有重大影響??禎M等[1]基于有限元方法對某車門進行剛度和模態(tài)性能分析,同時基于靈敏度分析方法對其厚度值進行優(yōu)化設計,達到了減重5.87%的目標。彭美青[2]等采用有限元軟件對某車門的窗框剛度進行了仿真分析,針對其薄弱處進行優(yōu)化,最后通過了實車驗證。秦訓彭等[3]采用響應面方法對某車門的厚度進行優(yōu)化設計,最終實現(xiàn)了結構的輕量化。為了研究某新能源汽車后車門的模態(tài)特性和剛度特性,首先采用計算機輔助工程(CAE)技術對后車門進行模態(tài)仿真分析,然后進行模態(tài)測試,再對進行其進行扭轉剛度分析。

        1 后車門有限元模型

        某新能源汽車后車門主要包括車門的外板、車門的內板、外板加強板和防撞管梁,車門的材料均為鋼材,其材料牌號為DC01。將其三維模型轉換成STP格式,再將其導入Hypermesh軟件[4]中。先抽取車門各個部件的中面,再進行幾何修補及簡化處理。采用8 mm的四邊形單元對各個部件進行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格模型中連接關系影響相互之間的受力傳遞,因此應當采用ACM單元模擬點焊,采用ADHESIVE單元模擬膠粘,采用RBE2單元模擬螺栓,以此建立后車門有限元模型,如圖1所示。

        圖1 后車門有限元模型

        2 模態(tài)性能仿真分析

        為了得到后車門自由模態(tài)下的頻率參數(shù),采用Nastran軟件[5]加載后車門有限元模型,不施加任何約束條件,對其進行模態(tài)性能仿真分析,得到其第一階、第二階和第三階固有頻率分別為45.1 Hz、52.4 Hz和65.7 Hz。該后車門的固有頻率均處于外界激勵頻率范圍之外,不會產生共振,符合振動特性設計要求。

        如圖2所示,為后車門第一階模態(tài)陣型。由圖2可知,車門的振幅值最大為31.04 mm,表現(xiàn)為中間凸起。如圖3所示,為后車門第一階應變能云圖。由圖3可知,車門的應變能最大值為25.91,位于把手附近。

        圖2 后車門第一階模態(tài)陣型

        圖3 后車門第一階應變能云圖

        如圖4所示,為后車門第二階模態(tài)陣型。由圖4可知,車門的振幅值最大為38.35 mm,表現(xiàn)為窗框扭轉。如圖5所示,為后車門第二階應變能云圖。由圖5可知,車門的應變能最大值為144.7,位于鎖扣附近。

        圖4 后車門第二階模態(tài)陣型

        圖5 后車門第二階應變能云圖

        如圖6所示,為后車門第一階模態(tài)陣型。由圖6可知,車門的振幅值最大為39.89 mm,表現(xiàn)為外板凹陷。如圖7所示,為后車門第三階應變能云圖。由圖7可知,車門的應變能最大值為179.3,位于車門內板。

        圖6 后車門第三階模態(tài)陣型

        圖7 后車門第三階應變能云圖

        3 模態(tài)頻率測試

        采用懸掛的方式將車門自由吊起,在車門上安裝加速度傳感器,采用力錘法以單點激勵,測試各個點的響應,并基于頻響函數(shù)法進后處理,得到后車門的前兩階試驗陣型和測試頻率值,如圖8和圖9所示。由圖8可知,后車門的第一階模態(tài)測試陣型為中間凸起,其頻率測試值為44.34 Hz,其誤差率為1.7%。由圖9可知,后車門的第二階模態(tài)測試陣型為窗框扭轉,其頻率測試值為50.31 Hz,其誤差率為4.2%。因此驗證了有限元仿真的準確性。

        圖8 后車門第一階測試陣型

        圖9 后車門第二階測試陣型

        4 剛度性能仿真分析

        為了獲取后車門的扭轉剛度性能,基于Abaqus軟件約束車身鉸鏈的所有自由度,同時約束門鎖扣處YZ方向的平動和轉動自由度,在門鎖扣處分別加載繞X軸的扭矩±271 Nm,以此進行靜態(tài)分析,得到其變形云圖,如圖10和圖11 所示。由圖10和圖11可知,后車門觀察點最大變形為1.627 mm和1.629 mm,均小于工程要求值,滿足扭轉剛度性能要求。

        圖10 后車門受扭271 Nm的位移云圖

        圖11 后車門受扭-271 Nm的位移云圖

        5 結論

        采用CAE技術對后車門進行自由模態(tài)性能仿真,得到車門的第一階、第二階和第三階固有頻率分別為45.1 Hz、52.4 Hz和65.7 Hz。車門的模態(tài)測試陣型和頻率測試值與仿真值基本相同,因此說明有限元分析方法具有較高的可靠度。車門的扭轉剛度最大變形值為1.629 mm,能夠滿足剛度性能要求。

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