基于的汽车天窗顶盖刚度分析
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最优．
表２
方案ｌ 方棠 分析值 实验值 分析值 实验值 分析值 实验值 分析值 实验值
各方案结果比较
方案２ 方素３
ｍｍ
无天窗
图７
加强片方案３
变形量 １．９５７
１．２
６．２５９
４．５
２．５８２
１．８
６．４５４
４．２
Ｅ薏
一１
３喳Ｅ
磷篓
醺
Ａｎ甜ＹｔＩｓ
Ｓ
（ａ）方案ｌ
（ｂ）方案２
Ｄ｝ｓｏｌ ＡｎａＩ
Ｅ｜薹
一１
第２２卷增刊２ ２０１３年ｌＯ月
计算机辅助工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．２２ Ｓｕｐｐｌ．２ ０ｃ１．２０１３
文章编号：１００６—０８７ｌ（２０１３）ｓ２—０１３５－０３
基于Ａｂａｑｕｓ的汽车天窗顶盖刚度分析
陆志成
（神龙汽车有限公司技术中心，武汉４３００５６）
摘要：汽车外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性．应用ＣＡＥ技术分析某车带天窗硕盖 的刚度．考虑材料、几何和边界的复杂非线性以及模拟天窗的夹紧，用Ａｂａｑｕｓ隐式弧长算法对某车 型开天窗后的顶盖的抗凹性能进行模拟分析．对顶盖的抗凹性分析和评价为设计工程师提供重要 参考．
ｔｏ
ａｎａＩｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ
ｓｕｎｍｏｆ． Ｂａｓｅｄ
ｉｍｐｌｉｃｉｔ
ａｒｃ
ｌｅｎ殍ｈ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ， ｃｏｎｓｉｄｅｄｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，
ａ
ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｎｄ ｓｕｎｍｏｆ ｃｌａｍｐ，ｔｈｅ ｄｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｅｅ ｏｆ
嚣一２
｝３ ３２９叫。
４９７Ｅ＋００ ６６４Ｅ＋００
萱一１
－＿８ ３２２Ｅ－０１
图４
Ｌ口咖Ｅ＋０口
天窗１２０ Ｎ载荷下的变形 表ｌ 结果比较
１２０ ｍｍ
面与顶盖之问的接触关系．在刚性面上施加１２０
Ｎ
载荷，载荷方向沿考察点曲面的法向．天窗用刚性体 模拟，天窗的质量以集中质量加在天窗的质心处．约 束Ａ，Ｂ和Ｃ柱截面的ＤＯＦｌ２３，边界条件见图２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ
ｄｅｎｔ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｏｆ
Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｅＸｔｅｒｉｏｒ
ｐａｎｅｌ
ｉｓ
ａｎ
ｉｍｐｏｎａｎｔ
ｃｈａｒａｃｔｅｄｓｔｉｃ
ａ
ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ
ｐｅ而册ａｎｃｅ
ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｔｉＩｉｚａｔｉｏｎ．
ｏｎ
Ｔｈｅ ＣＡＥ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ
ｕｓｅｄ
进行对比分析，得到１２０ Ｎ载荷下天窗顶盖局部位
移曲线和云图，为整车开发前期设计提供参考．
收稿日期：２０１３．０８－０７ 基金项目：神龙汽车项目
作者简介：陆志成（１９８２一），男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为汽车结构及ＮＶＨ分析，（Ｅ—ｍ ａｉｌ）ｌｕｚｈｉｃｈｅ“ｇ＠ｄｐｃａ．ｃｏｍ．ｃｎ
１３６
计算机辅助工程
２０１３年
发生塑性变形后的ຫໍສະໝຸດ Baidu性应变和应力曲线
ｒ６ ７０６即１ ｝５ ９６１Ｅ．０１ Ｌ５ ２１６即１ ・４ ４７１Ｅ—Ｄ１ ｒ３ ７２６即１ ｝２ ９８０Ｅ．０１
Ａｎａｌｙｓｌｓ ｓｙｓｌｅ
｝２ ｝１ Ｌ７
２３５即１
４９口Ｅ．０１
４５１
Ｅ．０２
Ｌｏ ｏｏｏＥ＋０Ｄ
图３
天窗自重载荷下变形
ｈｆ巾：／／Ｈ１ｎｖ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ
７２１Ｅ
Ｅ
—ｄ
蓬
（ｃ）方案３
罨
图８各加强片方案与原始方案变形结果
５结束语
利用Ａｂａｑｕｓ软件的弧长算法对某车型开天窗
后的顶盖进行抗凹性分析，分析结果与实验较一致． 参考文献：
［１］ ［２］
茬雾萎嚣黧蒿僦震蔷娄雀
能得到明显改善．
（编辑武晓英）
（ｄ）原始方案
庄茁，张帆，岑松，等．Ａｂａｑｕｓ非线性有限元分析与实例［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５． 石亦平，周玉蓉．Ａｂａｑｕｓ有限元分析实例详解［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．
Ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ ｓｕｎｒｏｏｆ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅＶａｌｕａｔｉｏｎ ｐｍｖｉｄｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｂｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｏｆ；ｓｔａ“ｃ ｓｔｉｆｈｅｓｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｉｆ如ｅｓｓ；ｓｔａｔｉｃ ｓ￡ｒｅｓｓ；Ａｂａｑｕｓ
ｇ）
Ｄｉｓｐ Ｊａｃｅｍｅｎｌ（Ｍａ ＡｎａＩｙｓｌｓ ｓｙｓＩｅ ４９０Ｅ＋００
图ｌ
顶盖有限元模型
２边界条件
顶盖的抗凹刚度性能分析要考虑几何非线性、 材料非线性和接触非线性等．。２。在分析中，采用解
析刚体模拟刚性压头的方法，在薄弱区域建立刚性
ｒ７ ｝６ ６５８Ｅ＋００ Ｌ明２５Ｅ枷 一４ ９９３Ｅ＋叩 ｒ４ １６１Ｅ＋０口
直于外板的局部坐标系，在刚性面参考点沿局部坐
标系二轴施加１２０ Ｎ载荷．
３计算结果和分析
天窗自重和１２０ Ｎ载荷下的变形见图３和４．测 量顶盖刚度最弱的区域作为抗凹点的分析位置，具 体选择天窗右下角，与天窗边缘的距离为５０ 处．计算分析值与实验值比较接近，见表１．
ｈＨｐ：／／Ｈ１～ｗ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ ｍｍ
抗凹性能是反映顶盖刚度性能的重要参数，越来越 受到设计部门的重视．¨ｏ 本文采用有限元法，基于Ａｂａｑｕｓ软件强大的非 线性功能，对某车型顶盖刚度通过抗凹性仿真模拟
ｍｍ建模，单元总
数为１５４ ６４０个．顶盖有限元模型见图１． １．２材料与属性 分析涉及７种材料，由于要考虑顶盖的塑性变 形，除给出材料的弹性模量和泊松比外，还给出材料
图６
加强片方案２
第Ｓ２期
陆志成：基于Ａｂａｑｕｓ的汽车天窗顶盖刚度分析
１３７
方案３：在天窗后部一个区域贴加强片，见图７．
分析结果见表２和图８，可知，方案ｌ与方案３
对安装天窗后的顶盖刚度不足问题有很大的改善． 方案３的改善效果与方案ｌ相差不大，但方案３所 贴的加强片较少，能降低成本．综合考虑可知方案３
Ｉ
类别
自重栽荷
０．６７
Ｎ栽荷
实验值
７．２
ｌ变形量
７．４９
开天窗后顶盖的抗凹性较弱，变形较大，不能接
受，需要进行局部优化． ４
结构改进
为解决现有车型顶盖刚度不足的问题，在不增
加零件模具的情况下，可通过在天窗附近区域粘贴 结构加强片加强顶盖的刚度．
方案１：在天窗四周贴加强片，见图５．
图２顶盖边界条件
分为２个载荷步分析．第一步：天窗自重下，顶 盖的变形．第二步：施加位移载荷，在考察点建立垂
Ｏ
引
言
１
分析模型
汽车顶盖开天窗后，局部刚度会降低．若刚度不
足，汽车在高速行驶时，会产生振动和噪声，影响汽
１．１有限元模型的截取
取白车身顶盖建立有限元模型．在模型截取过 程中既要使截取后的顶盖模型计算后与实物保持一 致，又要使有限元模型尽量简单．鉴于以上考虑，模
型网格的基本尺寸采用５
ｍｍ×５
车的性能，情况严重时天窗会掉落．汽车顶盖的局部
关键词：顶盖；静刚度；动刚度；静应力；Ａｂａｑｕｓ 中图分类号：ｕ４６３．８３；ＴＢｌｌ５．１ 文献标志码：Ｂ
Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ｓｔｉ胁ｅｓｓ
ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ ｓｕｎｒｏｏｆ
０ｎ
ｂａｓｅｄ ｂａＳｅｄ
ＡｂａｑＵＳ Ａｂａｑｕｓ
ＬＵ Ｚｈｉｅｈｅｎｇ
（Ｔｅｃｈｎｉｑｕａｌ ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｏｎ舀ｂｎｇ Ｐｅｕｇｅｏｔ Ｃｉｔｍｅｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
表２
方案ｌ 方棠 分析值 实验值 分析值 实验值 分析值 实验值 分析值 实验值
各方案结果比较
方案２ 方素３
ｍｍ
无天窗
图７
加强片方案３
变形量 １．９５７
１．２
６．２５９
４．５
２．５８２
１．８
６．４５４
４．２
Ｅ薏
一１
３喳Ｅ
磷篓
醺
Ａｎ甜ＹｔＩｓ
Ｓ
（ａ）方案ｌ
（ｂ）方案２
Ｄ｝ｓｏｌ ＡｎａＩ
Ｅ｜薹
一１
第２２卷增刊２ ２０１３年ｌＯ月
计算机辅助工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．２２ Ｓｕｐｐｌ．２ ０ｃ１．２０１３
文章编号：１００６—０８７ｌ（２０１３）ｓ２—０１３５－０３
基于Ａｂａｑｕｓ的汽车天窗顶盖刚度分析
陆志成
（神龙汽车有限公司技术中心，武汉４３００５６）
摘要：汽车外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性．应用ＣＡＥ技术分析某车带天窗硕盖 的刚度．考虑材料、几何和边界的复杂非线性以及模拟天窗的夹紧，用Ａｂａｑｕｓ隐式弧长算法对某车 型开天窗后的顶盖的抗凹性能进行模拟分析．对顶盖的抗凹性分析和评价为设计工程师提供重要 参考．
ｔｏ
ａｎａＩｙｚｅ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ
ｓｕｎｍｏｆ． Ｂａｓｅｄ
ｉｍｐｌｉｃｉｔ
ａｒｃ
ｌｅｎ殍ｈ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ， ｃｏｎｓｉｄｅｄｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，
ａ
ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ａｎｄ ｓｕｎｍｏｆ ｃｌａｍｐ，ｔｈｅ ｄｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｅｅ ｏｆ
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｝３ ３２９叫。
４９７Ｅ＋００ ６６４Ｅ＋００
萱一１
－＿８ ３２２Ｅ－０１
图４
Ｌ口咖Ｅ＋０口
天窗１２０ Ｎ载荷下的变形 表ｌ 结果比较
１２０ ｍｍ
面与顶盖之问的接触关系．在刚性面上施加１２０
Ｎ
载荷，载荷方向沿考察点曲面的法向．天窗用刚性体 模拟，天窗的质量以集中质量加在天窗的质心处．约 束Ａ，Ｂ和Ｃ柱截面的ＤＯＦｌ２３，边界条件见图２．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ
ｄｅｎｔ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｏｆ
Ｖｅｈｉｃｌｅ
ｅＸｔｅｒｉｏｒ
ｐａｎｅｌ
ｉｓ
ａｎ
ｉｍｐｏｎａｎｔ
ｃｈａｒａｃｔｅｄｓｔｉｃ
ａ
ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ
ｐｅ而册ａｎｃｅ
ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｔｉＩｉｚａｔｉｏｎ．
ｏｎ
Ｔｈｅ ＣＡＥ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ
ｕｓｅｄ
进行对比分析，得到１２０ Ｎ载荷下天窗顶盖局部位
移曲线和云图，为整车开发前期设计提供参考．
收稿日期：２０１３．０８－０７ 基金项目：神龙汽车项目
作者简介：陆志成（１９８２一），男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为汽车结构及ＮＶＨ分析，（Ｅ—ｍ ａｉｌ）ｌｕｚｈｉｃｈｅ“ｇ＠ｄｐｃａ．ｃｏｍ．ｃｎ
１３６
计算机辅助工程
２０１３年
发生塑性变形后的ຫໍສະໝຸດ Baidu性应变和应力曲线
ｒ６ ７０６即１ ｝５ ９６１Ｅ．０１ Ｌ５ ２１６即１ ・４ ４７１Ｅ—Ｄ１ ｒ３ ７２６即１ ｝２ ９８０Ｅ．０１
Ａｎａｌｙｓｌｓ ｓｙｓｌｅ
｝２ ｝１ Ｌ７
２３５即１
４９口Ｅ．０１
４５１
Ｅ．０２
Ｌｏ ｏｏｏＥ＋０Ｄ
图３
天窗自重载荷下变形
ｈｆ巾：／／Ｈ１ｎｖ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ
７２１Ｅ
Ｅ
—ｄ
蓬
（ｃ）方案３
罨
图８各加强片方案与原始方案变形结果
５结束语
利用Ａｂａｑｕｓ软件的弧长算法对某车型开天窗
后的顶盖进行抗凹性分析，分析结果与实验较一致． 参考文献：
［１］ ［２］
茬雾萎嚣黧蒿僦震蔷娄雀
能得到明显改善．
（编辑武晓英）
（ｄ）原始方案
庄茁，张帆，岑松，等．Ａｂａｑｕｓ非线性有限元分析与实例［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５． 石亦平，周玉蓉．Ａｂａｑｕｓ有限元分析实例详解［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００６．
Ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ ｓｕｎｒｏｏｆ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅＶａｌｕａｔｉｏｎ ｐｍｖｉｄｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｂｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｏｆ；ｓｔａ“ｃ ｓｔｉｆｈｅｓｓ；ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｉｆ如ｅｓｓ；ｓｔａｔｉｃ ｓ￡ｒｅｓｓ；Ａｂａｑｕｓ
ｇ）
Ｄｉｓｐ Ｊａｃｅｍｅｎｌ（Ｍａ ＡｎａＩｙｓｌｓ ｓｙｓＩｅ ４９０Ｅ＋００
图ｌ
顶盖有限元模型
２边界条件
顶盖的抗凹刚度性能分析要考虑几何非线性、 材料非线性和接触非线性等．。２。在分析中，采用解
析刚体模拟刚性压头的方法，在薄弱区域建立刚性
ｒ７ ｝６ ６５８Ｅ＋００ Ｌ明２５Ｅ枷 一４ ９９３Ｅ＋叩 ｒ４ １６１Ｅ＋０口
直于外板的局部坐标系，在刚性面参考点沿局部坐
标系二轴施加１２０ Ｎ载荷．
３计算结果和分析
天窗自重和１２０ Ｎ载荷下的变形见图３和４．测 量顶盖刚度最弱的区域作为抗凹点的分析位置，具 体选择天窗右下角，与天窗边缘的距离为５０ 处．计算分析值与实验值比较接近，见表１．
ｈＨｐ：／／Ｈ１～ｗ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ ｍｍ
抗凹性能是反映顶盖刚度性能的重要参数，越来越 受到设计部门的重视．¨ｏ 本文采用有限元法，基于Ａｂａｑｕｓ软件强大的非 线性功能，对某车型顶盖刚度通过抗凹性仿真模拟
ｍｍ建模，单元总
数为１５４ ６４０个．顶盖有限元模型见图１． １．２材料与属性 分析涉及７种材料，由于要考虑顶盖的塑性变 形，除给出材料的弹性模量和泊松比外，还给出材料
图６
加强片方案２
第Ｓ２期
陆志成：基于Ａｂａｑｕｓ的汽车天窗顶盖刚度分析
１３７
方案３：在天窗后部一个区域贴加强片，见图７．
分析结果见表２和图８，可知，方案ｌ与方案３
对安装天窗后的顶盖刚度不足问题有很大的改善． 方案３的改善效果与方案ｌ相差不大，但方案３所 贴的加强片较少，能降低成本．综合考虑可知方案３
Ｉ
类别
自重栽荷
０．６７
Ｎ栽荷
实验值
７．２
ｌ变形量
７．４９
开天窗后顶盖的抗凹性较弱，变形较大，不能接
受，需要进行局部优化． ４
结构改进
为解决现有车型顶盖刚度不足的问题，在不增
加零件模具的情况下，可通过在天窗附近区域粘贴 结构加强片加强顶盖的刚度．
方案１：在天窗四周贴加强片，见图５．
图２顶盖边界条件
分为２个载荷步分析．第一步：天窗自重下，顶 盖的变形．第二步：施加位移载荷，在考察点建立垂
Ｏ
引
言
１
分析模型
汽车顶盖开天窗后，局部刚度会降低．若刚度不
足，汽车在高速行驶时，会产生振动和噪声，影响汽
１．１有限元模型的截取
取白车身顶盖建立有限元模型．在模型截取过 程中既要使截取后的顶盖模型计算后与实物保持一 致，又要使有限元模型尽量简单．鉴于以上考虑，模
型网格的基本尺寸采用５
ｍｍ×５
车的性能，情况严重时天窗会掉落．汽车顶盖的局部
关键词：顶盖；静刚度；动刚度；静应力；Ａｂａｑｕｓ 中图分类号：ｕ４６３．８３；ＴＢｌｌ５．１ 文献标志码：Ｂ
Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ
ｓｔｉ胁ｅｓｓ
ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｏｏｆ ｗｉｔｈ ｓｕｎｒｏｏｆ
０ｎ
ｂａｓｅｄ ｂａＳｅｄ
ＡｂａｑＵＳ Ａｂａｑｕｓ
ＬＵ Ｚｈｉｅｈｅｎｇ
（Ｔｅｃｈｎｉｑｕａｌ ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｏｎ舀ｂｎｇ Ｐｅｕｇｅｏｔ Ｃｉｔｍｅｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００５６，Ｃｈｉｎａ）