22.基于HyperWorks的轿车车门外板抗凹性分析

Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集
基于 HyperWorks 的轿车车门外板抗凹性分析
袁连太 毛凌丽
浙江吉利汽车研究院有限公司
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Altair 中国区 2008 HyperWorks 技术大会论文集
基于 HyperWorks 的轿车车门外板抗凹性分析 HyperWorks Application in Outer Board Denting Analysis of The Door
袁连太 毛凌丽 (浙江吉利汽车研究院有限公司综合技术部工程分析科)
摘
要：本文主要阐述了如何应用HyperWorks 软件平台，对车门外板的抗凹性能进行分
析验证。 在整个分析过程中使用HyperMesh平台进行前处理、利用AbaqusCommand做求 解、采用HyperView与HyperGraph平台进行后处理，介绍某车型车门外板的抗凹性能分析 过程， 以验证车门性能品质为目的， 同时也体现了HyperWorks 软件平台在有限元分析方面 的强大功能。
关键词： HyperMesh
HyperView
车门
Abstract Applying the theory of finite element analysis ，the paper focus on analyzing
the intension of the steer-arm in the steer system and gets the stress draw of the steer-arm。 The analysis can improve the controlling flexible of the heavy off-road vehicle and is the optimize design basis of steer-arm。
Key words：HyperMesh
HyperView
door
1 概述
车门外板尺寸较大、 带曲率、 有一定的预变形， 在使用过程中常常会受到外载荷的作用， 如人为的触摸按压、行进过程中碎石的冲击等等， 这些载荷往往使覆盖件形状发生凹陷挠 曲甚至产生局部永久凹痕，影响到整车的外观品质。
车门外板件以及车身外板的抗凹性分析属于品质分析， 其直接影响车辆外观品质， 因此 很有必要对车门外板进行抗凹性分析，本文主要介绍了模拟用户手指（或其它）对外板局部 按压等动作引起的车门外板的变形， 车门的外板是不允许出现太大的变形以及局部的失稳凹 陷；因此本文中主要介绍了利用 HyperWorks 软件平台进行前后处理，使用 ABAQUS 软件 求解， 考察车门外板在小的局部区域受外力作用时的外板的弹性恢复性能， 即外力撤销后产 生的残余变形。
本文进行车门外板抗凹性分析的流程，如图 1 所示：
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图 1 车门外板抗凹性分析的流程
2 有限元模型的建立
车门是由壳体、附件和内饰盖板三部分组成。本文中主要针对车门外板进行抗凹性分 析，因此对其余部件不做建模， HyperMesh 软件为用户提供了丰富的单元库，用户可以 根据自己所分析项目的不同灵活选择单元类型。本文中车门的钣金件采用壳单元来划分网 格，压头采用六面体单元划分网格。
2.1 网格划分
在划分网格之前，首先要根据分析类型确定单元的类型，还要控制单元的数量，单元的 数量直接影响前处理工作量和计算时间， 根据有限元法的基本原理， 应该说单元划分得越细， 越接近真实结果， 但是由于实际的计算机资源的限制和计算所用时间的经济性， 单元基本的 大小要有一定的限度。对于每个特定的零件，根据它的具体结构和复杂程度来划分单元。本 文中车门外板采用壳单元划分，其基本尺寸定为 10mm。压头采用六面体单元划分，其基本 尺寸定为 5mm。图 2 为外板、压头网格划分情况。
图 2 车门外板及压头有限元模型
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2.1.1 模型概述
模型中共有四边形单元 7896 个、三角形单元 107 个、六面体单元 1904 个，三角形 占总单元数的 1.3％。
2.1.2 模型单元质量控制
有限元模型的质量直接影响计算结果的准确性，而单元的质量是有限元模型质量的有 力保证， HyperMesh 软件能够根据用户的要求对网格的长宽比、翘曲度、单元的角度、雅 可比等进行检查，且能对不符合要求的网格进行优化。HyperMesh 中的网格质量检查，如 图 3 所示：
图4
车门外板抗凹性分析模型质量检查
2.1.3 模型转换
对模型中的单元质量、法向、自由边等进行检查之后，将模型转换到 ABAQUS 模块。
2.2 材料与属性
计算中所使用的材料参数如下： 名称 车门外板 压头上部 压头下部 弹性模量 210000MPa 210000MPa 15000 MPa 泊松比 0.3 0.3 0.49 密度 7.8e-09kg/mm3 7.8e-09kg/mm3 1.0e-09kg/mm3 厚度 0.8mm
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2.3 定义接触
在 HyperMesh/ABAQUS 模块可以定义接触或者是接触单元来模拟接触问题，其接触 对由主面(master surface)和从面(slave surface)构成。为满足主面和从面定义的要求，选择 刚度较大、网格较粗的车门外板为主面；选择刚度较小、网格较细的压头作为从面；在定义 接触过程中，接触方向为主面的法向，从面节点不允许穿越主面。
2.4 定义约束及载荷条件
在压头处建立局部坐标系，如图 2 所示。 约束外板边界处所有的平动自由度；约束压头除 Y 方向的平动之外的所有自由度，让 其只在 Y 方向上运动，消除模型中的刚体位移。 由于考察车门在受到外力挤压后的残余变形量， 而车门受外力挤压的过程中， 车门受力 是变化的，因此施加在压头参考点上的载荷分三步来完成： 第一个分析步：使压头在 Y 方向移动 0.05mm(X=0、Y=0.05、Z=0、Rx= Ry= Rz=0) 使压头与车门外板有轻微接触，0.05mm 的量要根据实际情况来确定。 第二个分析步：压头在 Y 方向施加 400N 来模拟人手指的压力。 第三个分析步：卸载
3 求解
从 HyperMesh 输出 inp 格式文件，利用 AbaqusCommand 做求解，得到 odb 格式的 结果文件。
4 分析结果
4.1 位移云图
将求解得到的 odb 格式的文件导入到 HyperView 平台中， 查看车门外板的残余变形及其 位移云图，如图 4 所示：
4.2 载荷与位移曲线
将求解得到的 odb 格式的文件导入到 HyperGraph 平台中，得到载荷与的位移曲线，横 坐标表示外板考察点的位移， 纵坐标表示载荷的大小， 蓝色曲线表示加载时载荷与位移的曲 线，红色曲线表示卸载时载荷与位移曲线，如图 5 所示：
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