基于ABAQUS的引擎盖抗凹刚度分析
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１２ ０
机 电技 术
２１年 ２ ０２ 月
基于 Ａ ＡＱＵ Ｂ Ｓ的引擎盖 抗 凹刚度 分析
邢 志 远
（ 东南（ 福建） 汽车工业有 限公 司研 发中心，福建 福 州 ３ ０ ） ５ １９ １ 摘 要 ：抗 凹性是 反映汽车外板性能 的重要指标之 一。文章根据抗凹性理论 ，并基 于 Ａ ＡＱ Ｂ ＵＳ软件 ，运用其 隐式
算法 ，考虑 了材料 、几何及边界 的非线性 ，对某车型 引擎盖进行抗 凹性模拟分析 。汽车 引擎盖经常 由于强度过低 而导致
质 量 问题 。通 过 对 引擎 盖 的 抗 凹 性 的 分 析 及 评 价 ， 为 引 擎 盖 的 结 构 设 计 提 供 了总 要 的 指 导 意 义 。 关 键 词 ： 引擎 盖 ； 抗 凹 性 ；Ａ ＡＱ Ｂ ＵＳ
１ 压 头模 型 ． ２
过 去 的研 究 中 ，压 头 （ 头 ） 计千 差 万 别 ， 碰 设 形 状 、尺 寸与 材 料都 不 尽相 同：有 弹性 、刚性 压
头 ，也 有球 形 、半 球形 、 圆锥 形头 ，尺 寸（ 径 ） 直
图 ４ 局部约束
作 者 简介 ： 邢志远 （９７ ，男 ，工程 师 ，研 究方 向 ：结构 分析 。 １８ 一）
第 １ 期
邢 志 远 ：基 于 ＡＢ ＱＵＳ的 引 擎 盖 抗 凹 刚 度 分 析 Ａ
ｌ３ ０
图 ６ 中 Ｆ 为 加 载 力 Ｆ ｒｅ ｏｃ ，Ｄ 为 变 形 量
Ｄ ｆ ｃｉｉ， 则 外 板 件 刚 度 值 ｋ ＦＤ。 当 １ ｅ ｅｔ ｎ ｌ ｏ － ＝／ ０
Ｎ／ 时 ，结 果 可接 受 。 ｍｍ
３ ． 加 载分析 ２ 确定 了加 载 点后 ，建 立两 个载 荷步 ：
第一步 ：施 加强制位移 ，使 压头和 外板产生接
触关系。在压头中心约束 ３自由度，根据压头与外 板 的厚度关 系，赋予 Ｚ向的强制位移 ０１５ｍ ｎ ． ｌ。 ７ 第 二步 ： 以三角波 的形式 施加 载荷 ，速 率 为 ２０ ｓ ２ Ｎ／，加 载 到 １Ｓ 开始 卸 载 。 后
中图分 类号：Ｕ４ ６ 文献标识码 ：Ａ 文 章编 号：１ ７ ．８ １２ １）１１２０ ６ ６ ２４ ０ （０ ２０ ．０ ．２
抗 凹 性是 指车 身 外板覆 盖 件在 承 受外 部载 荷 时抵抗 凹陷弯 曲及 其 局部 凹 痕变形 、保持 形状 的 能力 。汽 车车 身 外板 的抗 凹 性一 直 以来都 是众 多 用 户 选购 新车 的重要 标准 ，其直接 影 响 到车辆 的 外观 品质 ，如人 为 的触摸 按 压 、静载 荷 以及 行进 过程 中的振 动 以及掉 落 的树 枝 、碎石 冲击 动 载荷 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 变 形， 而汽 车 引擎 盖经 常 由于顶 盖 的强度 过 低而 导 致质 量 问题 ， 因此很 有必 要对 车 身外 板进 行抗 凹性分 析 。 本 文基 于 ＡＢ ＡＱＵＳ软件 ，运用 去隐式 弧长算 法 ，考 虑 了材 料 、几 何及边 界 的非 线性 ，对 某车 型
图 ７ 应 力云 图
Biblioteka Baidu
刚度 性 能分 析 的加 载 区域 还应 包括 车 身外表 面 上
任 何 可 能在检 修 时受 力变 形 的区域 ，例 如 前翼 子
板 的边缘 。涉及 到不 同项 目的具体 车 型 ，加载 区 域可 由产 品工程 师 、 试验 工程 师及 Ｃ ＡＥ分 析 工程 师共 同商讨确 定 。
顶 盖进行 抗 凹性 模拟 分析 ， 到顶盖 的位移 云 图和 得
范 围从 １． ｍｍ 到 １ １ ２５ ０ ． ｍｍ 不等 ［ｏ本 文采 用 ６ ５ 】
半 径为 ７ ０ｍｍ，厚度 为 ５ｍｍ，材 料 为钢 的压头 ，
几 何形 状 如 图 ２所示 。
图 ２ 压 头 模 型
通过 计 算及 后 处理 可 以得 到 引擎盖 外板 抗 凹 陷特 性 分析 的应 力 云 图 、刚度 曲线 分别 如 图 ７ 、
图 ８所示 。
图 ５ 载荷条件
３ 载 荷 条 件
３Ｉ 加 载 区域 ．
外板 件 刚度 性 能分析 的加 载 区域 设置 为外板
几 何 中心 ，或者 是最 大未 受支 撑 的 区域 。外板 件
图 ８ 力 与 位 移 曲线
根据 图 ８ 可 以看 出 ，加 载 曲线在 梯 度 为 ｌ ０
Ｎ／ ｍｍ 的 直线 上方 ，符合要 求 。这 里不 考虑 卸载 曲线 。
４ 结 果 分 析
抗 凹刚度 分析 判 别标 准 ：外板 件 刚度 性能 的
判 别 ，要 求输 出载 荷 与变 形 的 曲线 。分 析 结果是 否可 以接 受 的分界 线 是一条 梯 度为 １ ｍｍ 的直 ０Ｎ／
载 荷 曲线 ，为 整车 开发 的前期设 计提供 了参考 。
１ 有 限 元 模 型
１１ 引擎 盖模 型 ．
引擎盖 模 型要包 括 引擎 盖 的主 要承 载部 件 。 模 型如 图 １ 示 。共有 ４ ８ ９个单 元 。 所 ８１
３
图 ３ 边 界条件
图 １ 顶 盖 有 限 元模 型
５ 结 论
本文 基 于 ＡＢ ＱＵＳ软 件 ， Ａ 运用 隐式 弧长 算法 模拟 了引擎 盖抗 凹 刚度 分析 的全 过程 ，得到 载荷
与位 移 曲线 ，根 据抗 凹 刚度 分析 判 别标 准 ，判定
其满 足 结果 满足 要 求 ，节约 了开 发 时 间同时 节省
了开 发费 用 。
线 ，如 图 ６所 示 ，任 何 出现在 拒绝 区域 的 外板 刚
２ 边 界 条件
在 铰链 处 约束 所有 自由度 ， ｂ ｍｐ处 约 束 ３ 在 ｕ
自由度 ，在 ｌｃ 约束 ２ ａ ｈ处 ｔ ３自由度 ，如 图 ３所示 。
为 确保 压 头垂 直作 用在 外 板件 表 面 ，防 止它 在 加载 过 程 中失稳 ，对 探 头进 行 局部 约束 。在压 头 中心约 束 １４ ６自由度 ，如 图 ４所 示 。 ２５
机 电技 术
２１年 ２ ０２ 月
基于 Ａ ＡＱＵ Ｂ Ｓ的引擎盖 抗 凹刚度 分析
邢 志 远
（ 东南（ 福建） 汽车工业有 限公 司研 发中心，福建 福 州 ３ ０ ） ５ １９ １ 摘 要 ：抗 凹性是 反映汽车外板性能 的重要指标之 一。文章根据抗凹性理论 ，并基 于 Ａ ＡＱ Ｂ ＵＳ软件 ，运用其 隐式
算法 ，考虑 了材料 、几何及边界 的非线性 ，对某车型 引擎盖进行抗 凹性模拟分析 。汽车 引擎盖经常 由于强度过低 而导致
质 量 问题 。通 过 对 引擎 盖 的 抗 凹 性 的 分 析 及 评 价 ， 为 引 擎 盖 的 结 构 设 计 提 供 了总 要 的 指 导 意 义 。 关 键 词 ： 引擎 盖 ； 抗 凹 性 ；Ａ ＡＱ Ｂ ＵＳ
１ 压 头模 型 ． ２
过 去 的研 究 中 ，压 头 （ 头 ） 计千 差 万 别 ， 碰 设 形 状 、尺 寸与 材 料都 不 尽相 同：有 弹性 、刚性 压
头 ，也 有球 形 、半 球形 、 圆锥 形头 ，尺 寸（ 径 ） 直
图 ４ 局部约束
作 者 简介 ： 邢志远 （９７ ，男 ，工程 师 ，研 究方 向 ：结构 分析 。 １８ 一）
第 １ 期
邢 志 远 ：基 于 ＡＢ ＱＵＳ的 引 擎 盖 抗 凹 刚 度 分 析 Ａ
ｌ３ ０
图 ６ 中 Ｆ 为 加 载 力 Ｆ ｒｅ ｏｃ ，Ｄ 为 变 形 量
Ｄ ｆ ｃｉｉ， 则 外 板 件 刚 度 值 ｋ ＦＤ。 当 １ ｅ ｅｔ ｎ ｌ ｏ － ＝／ ０
Ｎ／ 时 ，结 果 可接 受 。 ｍｍ
３ ． 加 载分析 ２ 确定 了加 载 点后 ，建 立两 个载 荷步 ：
第一步 ：施 加强制位移 ，使 压头和 外板产生接
触关系。在压头中心约束 ３自由度，根据压头与外 板 的厚度关 系，赋予 Ｚ向的强制位移 ０１５ｍ ｎ ． ｌ。 ７ 第 二步 ： 以三角波 的形式 施加 载荷 ，速 率 为 ２０ ｓ ２ Ｎ／，加 载 到 １Ｓ 开始 卸 载 。 后
中图分 类号：Ｕ４ ６ 文献标识码 ：Ａ 文 章编 号：１ ７ ．８ １２ １）１１２０ ６ ６ ２４ ０ （０ ２０ ．０ ．２
抗 凹 性是 指车 身 外板覆 盖 件在 承 受外 部载 荷 时抵抗 凹陷弯 曲及 其 局部 凹 痕变形 、保持 形状 的 能力 。汽 车车 身 外板 的抗 凹 性一 直 以来都 是众 多 用 户 选购 新车 的重要 标准 ，其直接 影 响 到车辆 的 外观 品质 ，如人 为 的触摸 按 压 、静载 荷 以及 行进 过程 中的振 动 以及掉 落 的树 枝 、碎石 冲击 动 载荷 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 变 形， 而汽 车 引擎 盖经 常 由于顶 盖 的强度 过 低而 导 致质 量 问题 ， 因此很 有必 要对 车 身外 板进 行抗 凹性分 析 。 本 文基 于 ＡＢ ＡＱＵＳ软件 ，运用 去隐式 弧长算 法 ，考 虑 了材 料 、几 何及边 界 的非 线性 ，对 某车 型
图 ７ 应 力云 图
Biblioteka Baidu
刚度 性 能分 析 的加 载 区域 还应 包括 车 身外表 面 上
任 何 可 能在检 修 时受 力变 形 的区域 ，例 如 前翼 子
板 的边缘 。涉及 到不 同项 目的具体 车 型 ，加载 区 域可 由产 品工程 师 、 试验 工程 师及 Ｃ ＡＥ分 析 工程 师共 同商讨确 定 。
顶 盖进行 抗 凹性 模拟 分析 ， 到顶盖 的位移 云 图和 得
范 围从 １． ｍｍ 到 １ １ ２５ ０ ． ｍｍ 不等 ［ｏ本 文采 用 ６ ５ 】
半 径为 ７ ０ｍｍ，厚度 为 ５ｍｍ，材 料 为钢 的压头 ，
几 何形 状 如 图 ２所示 。
图 ２ 压 头 模 型
通过 计 算及 后 处理 可 以得 到 引擎盖 外板 抗 凹 陷特 性 分析 的应 力 云 图 、刚度 曲线 分别 如 图 ７ 、
图 ８所示 。
图 ５ 载荷条件
３ 载 荷 条 件
３Ｉ 加 载 区域 ．
外板 件 刚度 性 能分析 的加 载 区域 设置 为外板
几 何 中心 ，或者 是最 大未 受支 撑 的 区域 。外板 件
图 ８ 力 与 位 移 曲线
根据 图 ８ 可 以看 出 ，加 载 曲线在 梯 度 为 ｌ ０
Ｎ／ ｍｍ 的 直线 上方 ，符合要 求 。这 里不 考虑 卸载 曲线 。
４ 结 果 分 析
抗 凹刚度 分析 判 别标 准 ：外板 件 刚度 性能 的
判 别 ，要 求输 出载 荷 与变 形 的 曲线 。分 析 结果是 否可 以接 受 的分界 线 是一条 梯 度为 １ ｍｍ 的直 ０Ｎ／
载 荷 曲线 ，为 整车 开发 的前期设 计提供 了参考 。
１ 有 限 元 模 型
１１ 引擎 盖模 型 ．
引擎盖 模 型要包 括 引擎 盖 的主 要承 载部 件 。 模 型如 图 １ 示 。共有 ４ ８ ９个单 元 。 所 ８１
３
图 ３ 边 界条件
图 １ 顶 盖 有 限 元模 型
５ 结 论
本文 基 于 ＡＢ ＱＵＳ软 件 ， Ａ 运用 隐式 弧长 算法 模拟 了引擎 盖抗 凹 刚度 分析 的全 过程 ，得到 载荷
与位 移 曲线 ，根 据抗 凹 刚度 分析 判 别标 准 ，判定
其满 足 结果 满足 要 求 ，节约 了开 发 时 间同时 节省
了开 发费 用 。
线 ，如 图 ６所 示 ，任 何 出现在 拒绝 区域 的 外板 刚
２ 边 界 条件
在 铰链 处 约束 所有 自由度 ， ｂ ｍｐ处 约 束 ３ 在 ｕ
自由度 ，在 ｌｃ 约束 ２ ａ ｈ处 ｔ ３自由度 ，如 图 ３所示 。
为 确保 压 头垂 直作 用在 外 板件 表 面 ，防 止它 在 加载 过 程 中失稳 ，对 探 头进 行 局部 约束 。在压 头 中心约 束 １４ ６自由度 ，如 图 ４所 示 。 ２５