轿车后车门动态特性分析

向振动不可全面避免，因此可考虑适当更改后悬置点位置，同时，在设计上尽量能减小振动的耦合度。

采用非线性、变刚度的悬置软垫，提高低转矩时的隔振效率、减小大转矩时的振动位移。

3结束语
通过对系统分别输入六个自由度的脉冲信号从而得到相应的响应时间历程的输出波形，由此分析了悬置各自由度之间相互耦合的关系以及引起汽车各向剧烈振动的主要输入方向。

但模型分析时作了很多近似处理，模型不够精确，可综合考虑路面激励的影响，在整车模型中对悬置系统进行优化设计，从而提高整车的平顺性水平。

在得到了时间历程上的输出波形的基础上还可以进一步地对其频域分析以便对悬置系统的振动作更深入的研究。

参考文献：
［1］任晓松，王立公.动力总成悬置系统配置规律的研究［J］.
汽车技术，1995，（10）.
［2］左曙光，靳晓雄．发动机振动传递系统建模及刚度参数影响分析［J］.汽车工程，2003，25（2）.
轿车后车门是轿车车身重要的组成部分。

后车门刚度不足通常会引起后车门边角处的变形量过大，以至出现后车门卡死，所需关闭力较大，密封不严而导致的漏风、渗水现象，还会产生后车门的振动，带来噪声，极大地降低了车辆的乘坐舒适性，造成零部件的疲劳损坏，破坏车身表面的保护层，从而削弱抗腐蚀能力。

后车门的模态分析可以预测后车门与其它部件如发动机、传动系及路面之间发生动态干扰的可能性。

为此在轿车后车门结构设计及结构优化中必须进行动态特性的分析。

1后车门刚度指标与模态分析
1.1刚度指标
后车门刚度主要包括扭转刚度和下垂刚度。

现在对后车门刚度的评价并没有相应标准法规进行明确规定，通常在进行的研究中，是参考一些国外典型
收稿日期：2008-12-09轿车后车门动态特性分析
赵建宁
（青海交通职业技术学院汽车工程系，西宁810003）
摘要：轿车后车门动态特性的分析是基于后车门有限元分析模型的建立，对后车门在自由状态下进行模态分析，在四种工况下对后车门进行扭转刚度与下垂刚度的分析，通过分析，为轿车车门结构设计选择及结构优化提供理论依据。

关键词：有限元；模态分析；刚度分析；后车门
中图分类号：U463.83+4文献标志码：A文章编号：1005-2550（2009）04-0030-04
Dynamic Property Analysis a bout Rear Door on the Car
ZHAO Jian-ning
（Qinghai Communication Technology College，Qinghai810003，China）Abstract：The Dynamic Property Analysis about rear door on the car is based on the establishment of Finite Element Model of a rear door，for model analyzing about Rear Door is taken under free state，and torsion stiffness，vertical sag stiffness under the four conditions.By analysis，they can provide the theoretical basis for choosing the better project and optimizing the structure of the project.
Key words:finite element；modal analysis；stiffness analysis；rear door
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车型的特征值进行对比分析。

后车门的扭转刚度通常是指约束后车门的铰链处除后车门开关转动外的5个自由度，门锁处约束两个上下、左右移动的2个自由度，在后车门的四角分别加载750N垂直于后车门所在平面的压力。

扭转刚度的计算用于模拟后车门关闭或受较危险的边界载荷时的工况。

后车门下垂刚度主要是指约束后车门铰链处全部6个方向的自由度，考虑后车门自重，同时在后车门把手处加载，以国标规定乘员体重750N为标准，垂直向下施加于把手上。

实验评价标准：最大载荷时后车门的下沉位移小于6.5mm。

1.2模态分析
后车门作为车身和整车的部件，其固有频率应尽量避免和整车激励以及车身的固有频率重合，防止共振。

汽车的激励主要有路面激励、车轮激励、发动机激励和传动轴激励等。

一般车身的频率在30 Hz左右，因此后车门的一阶频率应首先避开车身的振动频率，其次要错开分量较大的激励频率。

比较国外具有代表性的轿车，其轿车后车门的一阶频率的均值达到38Hz。

2有限元模型建立
2.1有限元模型的单元属性和规模
轿车后车门主要有车门内板、外板、门窗框、防撞梁、门铰链、加强板等组成，其组件皆为钣金件。

有限元分析以壳单元PSHELL进行模拟，焊接部位采用刚性的RBE2单元进行模拟。

有限元模型共有20723个单元，21353节点。

轿车后车门的有限元模型如图1所示。

图1后车门有限元分析模型
2.2边界条件
2.2.1模态分析的边界条件
对轿车后车门进行模态分析时，使其处于完全自由状态，分析其自由模态的频率和振型。

2.2.2扭转刚度分析的边界条件
对轿车后车门进行扭转刚度分析时，分析它在4种工况下的刚度。

1）工况1。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和x，y方向的转动自由度，在门锁处约束x，y方向的移动自由度。

加载条件：在车门的左上角施加750N沿y负向的力。

2）工况2。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和x，y方向的转动自由度，在门锁处约束x，y方向的移动自由度。

加载条件：在车门的左下角施加750N沿y负向的力。

3）工况3。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和x，y方向的转动自由度，在门锁处约束x，y方向的移动自由度。

加载条件：在车门的右下角施加750N沿y负向的力。

4）工况4。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和x，y方向的转动自由度，在门锁处约束x，y方向的移动自由度。

加载条件：在车门的右上角施加750N沿y负向的力。

扭转刚度分析约束处的示意图如图2和图3所示。

图2扭转刚度分析铰链约束处
图3扭转刚度分析锁闩约束处
2.2.3下垂刚度分析的边界条件
对轿车后车门进行下垂刚度分析时，分析了它在4种工况下的刚度。

1）工况1。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和三个转动自由度。

加载条件：在车门的把手处施加750N沿z负向的力。

2）工况2。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和三个转动自由度。

加载条件：在车门的锁闩处施加750N沿z负向的力。

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3）工况3。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和三个转动自由度。

加载条件：车门自身重力。

4）工况4。

约束条件：在车门铰链处约束三个移动自由度和三个转动自由度。

加载条件：在车门的内板质心处施加200N沿z负向的力。

下垂刚度分析约束处的示意图如图4所示。

图4下垂刚度分析铰链约束处
3计算结果分析
3.1后车门模态分析结果
轿车后车门模态分析的前2阶的频率、振型图及应变能云图如表1、表2所示。

从表1可以看到轿车后车门的前2阶频率和振型图，将其与白车身的对应频率做比较；从表2可以看到轿车后车门的应变能的大小分布情况和它的缓和程度，可以判断出外力对其作用时哪些部位吸收的能量多以及哪些部位发生突变而容易被破坏。

表1前2阶的频率与振型图表
表2前2阶的频率与应变能云图表
3.2后车门扭转刚度分析结果
通过有限元分析，轿车后车门在4种工况下沿y方向的位移云图如图5、图6、图7、图8所示。

图5工况1下的y向的位移云图
图6工况2下的y向的位移云图
图7工况3下的y向的位移云图
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图8工况4下的y向的位移云图
轿车后车门在4种工况下的y向的最大位移和扭转刚度列于表3中。

表3y向的最大位移和扭转刚度表
3.3后车门下垂刚度分析结果
通过有限元分析，轿车后车门下垂刚度在4种工况下z向的位移云图如图9、图10、图11、图12所示。

图9工况1下的z向的位移云图
图10工况2下的z向的位移云图
图11工况3下的z向的位移云图
图12工况4下的z向的位移云图
轿车后车门在4种工况下的z向的最大位移和下垂刚度列于表4中。

表4z向的最大位移和下垂刚度表
4结论
通过对轿车后车门的有限元分析，后车门频率与振型的确定可以使设计人员在设计中避开共振频率或最大限度地减少对这些共振频率上的激励，从而减小轿车行驶时的振动和噪声。

后车门应有足够的扭转刚度与下垂刚度，在设计后车门时必须注意将后车门的变形控制在一定的范围内，保证车身结构性能良好。

参考文献：
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工况y向的最大位移量/mm扭转刚度/N·mm－1工况132.5023.08
工况2 3.12240.38
工况328.4126.40
工况4 1.38543.48
工况z向的最大位移量/mm下垂刚度/N·mm -1
工况1 1.398536.48
工况2 1.887397.46
工况30.4427351.31
工况40.323619.20
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