18某车型后保险杠倒车雷达卡扣安装变形分析--宋凯

某车型后保险杠倒车雷达卡扣安装变形分析

宋凯刘钢

一汽海马汽车有限公司

某车型后保险杠倒车雷达卡扣安装变形分析

Analysis on Rear Bumper Fixing Deformation Caused by Fastener of Reversing Aid Systems in

a Certain Vehicle Model

宋凯刘钢

(一汽海马汽车有限公司产品开发部CAE室)

摘要：以某车型后保险杠为例，使用通用有限元分析与优化软件HyperWorks分析了由

于倒车雷达卡扣引起的后保险杠安装变形，并给出了卡扣对后保险杠的压紧力，为改善

后保险杠外观质量，提供了参考依据。

关键词: 后保险杠安装变形 HyperWorks

Abstract Use the rear bumper of a certain model as example, we use FEA and optimized software HyperWorks to analyze the fixing deformation on the rear bumper resulted from the reversing aim systems fastener. Pressing force applied to the rear bumper by the fastener has been figured out. And we provide reference for quality improvement of rear bumper.

Key words: rear bumper， fixing deformation，HyperWorks

1 引言

某车型后保险杠安装倒车雷达后，在倒车雷达安装孔附件出现微观凸凹变形（参见图1）。该变形在灯光照射下，从特定角度可以看见。本文拟在保证倒车雷达卡扣预紧力的前提下，通过调整卡扣安装的变形量，使后保险杠在安装倒车雷达后，满足A级表面质量要求。

为了分析此安装变形产生原因，采用有限元分析是低成本、低工作量的最理想方法。这里采用HyperWorks有限元分析软件对该结构进行安装变形分析。

HyperWorks是美国Altair公司推出的通用有限元分析与优化软件，它集成了设计与分析所需的工具，具有良好的开放性、灵活性和友好的用户界面，能够完成线性静态、模态、屈曲等有限元分析。

图1 模型示意图

2 HyperMesh 建模流程

HyperMesh 有限元建模流程参见图2。

图2 HyperWorks 建模流程

在利用HyperMesh 进行有限元建模时，需要注意以下6点：

1） 导入CAD 几何数模(Pro/E 、UG 、CATIA)等时，在模型导入前去掉某些不必要的

零件，并对一些复杂模型进行简化处理，忽略对整体力学性能影响较小的几何细

节，如直径较小的工艺孔、过渡圆角或倒角以及搭接边上较小的凸台等。

2）

如果导入的CAD 模型是较薄的钣金件，则需要利用HyerMesh 的MidSurface 功能对其进行抽取中面。 3） 从CAD 导入的曲面模型或抽取的中面往往存在缺面、有缝隙、重叠、错位等缺

陷．则需要在HyperMesh 的Geom 模块下进行几何清理和修复、补面、消除错

位和小孔．压缩相邻曲面之间的边界．消除不必要细节．以提高网格划分的质

量。

4）有限元网格剖分时，应根据分析的目的并结合模型的特点，选择适当的单元类型，并根据计算机的能力和要求的精度确定合适的单元尺寸。

5）单元质量对有限元计算结果有较大影响。有限元网格划分时，检查并控制单元的质量参数显得尤为重要。对汽车行业里的结构分析来说单元质量可要求如下：四

边形单元的Aspect Ratio(单元长宽比)不大于5；单元内角在45°～135°之间；

Warp Angle(单元翘曲角)不大于20°；对三角形来说，单元内角30°～l20°之间。

单元尺寸应尽量均匀．要避免特别小的单元。在使用RBE2单元时，须分清主

次，即同一个节点只能从属于一个主点。

6）施加载荷和边界条件是有限元分析最为关键的一环，它对分析结果有着决定性的影响，对结构分析来说。要让自己的约束和载荷尽量与实际情况相符，这样得到

的分析结果才能有意义，这一步需要在平时的工作中不断的摸索和积累经验来实

现。

3 后保险杠与倒车雷达卡扣有限元模型的建立

3.1零件分析

结构特征：倒车雷达可以认为是刚性体，用RBE2刚性单元进行模拟。模型必须考虑后保险杠与倒车雷达卡扣的相互作用和变形。由于要详细考查后保险杠外表面微观变形，为提高仿真精度，因此模型使用6面体单元。

受力情况：后保险杠主要受到倒车雷达卡扣安装变形引起的压紧力，由于该力的大小未知，使用倒车雷达卡扣预变形进行加载。

材料特性：倒车雷达卡扣使用ABS材料，弹性模量E=2.5Gpa，保险杠使用PE材料，弹性模量E＝0.7Gpa，泊松比均取0.3。

分析方案：应用CATIA进行建立几何模型并装配如图1所示。并以CATIA V4格式输出，然后导入HyperWorks进行处理和有限元分析。

3.2三维模型的导入及网格划分

利用HyperMesh提供的IGES接口读入上述的CATIA V4格式文件，并对其进行几何清理。有限元网格采用6面体元，单元数为201318。网格划分是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。模型如图3所示。

图3 有限元模型示意图

清理模型及定义边界条件

在清理模型时，删除几何可以在很大程度上减小HyperMesh文件的大小。释放内存并提高性能。根据零件的受力情况，只选取了后保险杠倒车雷达卡扣附近的面板，对模型施加集中力和约束，分别在后保险杠安装孔约束车身坐标X和Z两个方向的自由度，卡扣背面预位移

0.64mm(数模实际测得值)，卡扣管脚和保险杠之间滑动接触。

4 仿真结果与分析

在HyperMesh中运用其OptiStruct求解器进行求解后，可通过变形图、应力分布图等方式来显示结果。为求得后保险杠和倒车雷达卡扣之间的接触压力，在Control Cards菜单中使用SCPFORCES卡片进行操作，选择要输出受力的节点以及方向即可。

图4 后保险杠变形云图和变形放大20倍的效果图