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[发盖hood] 基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

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发表于 2015-5-22 12:37:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

        在汽车门饰板结构设计中,可以运用CAE分析方法从两个方面对其进行优化:一是模拟侧碰汽车门内饰板受力过程,优化门饰板局部结构;二是模拟门饰板腰部受力过程,使其在静态载荷作用下变形量不超过一定范围,从而提高门饰板的感知质量。
        CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动CAE力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE的理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程,现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具,同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。CAE系统的功能和计算精度都有很大提高,在汽车产品开发过程中,CAE的作用集中体现在三个方面:
        (1)极大地缩短了产品的研发周期 在建模和分析过程中采用实体造型和参数化方法,使模型和参数的修改更加方便,最终确定的结构数据所需时间得到大幅度的缩短。
        (2)减少了开发费用 相对于道路试验和室内台架试验而言,利用CAE分析汽车及零部件的各种性能所需要的费用大幅减少。
        (3)有利于通过优化等手段开发出性能更为优越的汽车及零部件。
        通常,整车开发时会把侧碰安全性能目标分解到每个子系统。分解到门饰板子系统上的侧碰性能要求主要针对侧碰过程中对应的乘员胸部、腹部和髋部碰撞区域。使得在侧碰发生时上述区域能够发生必要的变形甚至破坏。运用门饰板CAE侧碰计算模型指导门饰板结构优化的方法,通过反复进行CAE计算和结构优化。直至满足技术指标后再开产品模具并做物理试验验证.会大大节省设计开发周期和成本。
       

基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

        基于CAE侧碰分析结果优化门饰板扶手区域结构
        1. 门饰板侧碰区域的确定
        门饰板的侧碰区域由碰撞试验中假人的胸部、腹部和臀部与门饰板接触的位置来确定(见图1)。胸部碰撞区域一般在前门饰板上饰板的后端,腹部碰撞区域在前门扶手和下饰板的后端。胸部区域较容易满足要求,臀部区域增加吸能块后也比较容易达到目标值,本文重点是研究某车型腹部(即扶手区域)碰撞区域的结构优化。
        2. 扶手区域结构的侧碰反力
        从图2中可以看到,该车型由于扶手与大基板单独分件,扶手区域有比较明显的特征结构,背部必须设计有安装结构,这些因素都会导致侧碰反力的增加。初步CAE分析结果显示,扶手区域侧碰反力高于规定值,现有的结构不满足要求。
        3. 扶手区域结构设计优化
        大基板本体弱化方案(见图2),具体如下:
        (1)扶手区域大基板本体掏空,最大限度降低本体变形强度;
        (2)本体圆弧区域挖槽(表面不可见区域);
        (3)本体圆弧区域局部减薄(表面可见区域)。
        扶手骨架弱化方案(见图3),具体如下:
        (1)扶手骨架中间区域设计三条宽5mm竖槽(如图3中的黄色区域),竖槽区域料厚1.5mm;
        (2)扶手骨架局部区域在不影响模具流动性的前提下局部减薄,经过多次CAE分析,扶手后部料厚1.8mm,其他区域料厚2.0mm,弱化效果非常明显。
        4. 门饰板结构优化前后侧碰反力对比分析
        变形–载荷CAE分析结果显示(见图4):初始侧碰反力7.6kN,经过大基板优化(Prop 1)下降至4.5kN,大基板和扶手骨架结构优化后(Prop 1+Prop 2),侧碰反力下降至2.8 kN,此时满足侧碰反力的要求。
        基于CAE分析结果优化门饰板腰部区域刚度
        门饰板的刚度是指门饰板承受一定载荷时饰板的变形量,门饰板是汽车乘员使用频率较高的零部件,门饰板的刚度要求直接关系到乘员的驾驶感知质量,前期运用CAE优化门饰板结构能减少后期门饰板刚度试验次数,减少后期零部件修改次数。
       

基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

基于CAE分析的汽车门饰板结构优化

        1. 门饰板腰部区域刚度分析
        门饰板腰部的刚度是指门饰板上沿前、中、后三点(见图5)固定载荷(固定载荷值为A)时门板的变形量,该变形量必须满足在一定范围内(各区域要求有所不同)。CAE刚度分析中,模拟门饰板承受一定的载荷力,并计算出受力点的变形量。门内饰板的初始刚度见表1。
        2. 门饰板腰部区域结构优化
        (1)门饰板腰部整条增加两条横筋,加强结构(见图6);
        (2)后部三角区域增加筋条,同时上调卡扣安装位置(见图7)。
        3. 结构优化后门饰板腰部区域的分析结果
        门饰板结构优化后的CAE分析结果(见表2)显示,优化后的门饰板前、中、后的变形量大幅度减小,CAE分析结果满足目标值要求。
        结束语
        目前,CAE技术在汽车设计阶段的应用已经非常广泛和成熟,特别是在新车的开发设计中发挥着越来越重要的作用。现在各大主机厂都在努力提高所生产汽车的安全性能等级,而门饰板的侧碰性能指标对安全性能影响很大,因而优化侧碰性能是门饰板设计的重要内容。要达到设计目标要求,应以设计为本,充分运用CAE分析方法等计算机辅助设计工具来优化门饰板的结构,以实现门饰板结构设计的最优化。
        本文所述的CAE技术前期在门饰板结构优化中的应用,能最大程度减少后期模具的更改,对于减少试验次数、降低开发成本及缩短新车开发时间等都有着明显的优势。
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