HyperWorks的顶盖刚度分析及结构改进

HyperWorks的顶盖刚度分析及结构改进

本文以某车型顶盖为研究对象，运用HyperWorks软件其进行有限元建模，在实际的工况下进行刚度分析，根据分析结果对顶盖的横粱结构进行改进设计以改善其刚度。

1 概述

汽车顶盖是车身上最大的一块板壳覆盖件，很容易由于刚度不足而产生共振，在顶盖处开设天窗对整个车顶盖的刚度会有一定的影响。本文以某车型的顶盖为研究对象，在原无天窗的顶盖基础上增加天窗，运用HyperWorks软件对顶盖进行有限元建模，在实际的工况下进行刚度分析，旨在根据分析结果对顶盖的横粱结构进行改进设计以改善其刚度，从而满足设计要求。

2 顶盖结构有限元模型的建立

2.1 网格划分

利用HyperMesh软件划分有限元网格，由于整个顶盖结构是一板壳覆盖件，因此利用四边形及三角形shell单元对其进行网格划分，焊接位置采用rigid刚性单元模拟。最后通过对单元的质量、重复节点及自由边等检查，最终生成的有限元模型如图1图2所示：其中单元总数为199684个。

点击图片查看大图

图1 无天窗顶盖有限元模型

点击图片查看大图

图2 带天窗顶盖有限元模型(1)

点击图片查看大图

图3 分析边界条件有限元模型

其中单元总数为235548个。

2.2 材料与属性

计算中所使用的材料参数如下：

合金钢的材料参数：弹性模量：210GPa；材料密度：7.85e+3kg/m3；泊松比：0.3

2.3 边界条件及施加载荷

根据顶盖与车体的连接关系，对其边界进行简化处理，顶盖周围进行全约束。施加载荷条件为：Z方向施加-3g的加速度。因此车顶盖的边界约束见图4.5.6.7所示。

点击图片查看大图

图4 无天窗顶盖模型刚度分析

点击图片查看大图

图5 带天窗顶盖模型刚度分析

点击图片查看大图

图6 无天窗车顶盖一阶振型图

点击图片查看大图

图7 带天窗车顶盖—阶振型图

2.4 分析计算

分析顶盖刚度及模态，对比增加天窗前后顶盖刚度及模态值的变化（见表1）。

表1 增加天窗后顶盖刚度及模态值的变化

点击图片查看大图

2.5 分析结论

项盖增加天窗后，由于天窗质量对顶盖的作用，必将影响顶盖的刚度及模态，从分析结果可知，目前的设计对整车的NVH有一定的影响，为了满足乘客舒适性的要求，必须对顶盖的横粱结构进行修改，提高顶盖的刚度及模态。

3 改进设计

由分析可知，天窗对顶盖的刚度影响很大，为了减少天窗对顶盖的影响，在天窗两侧添加加强板，将其与侧围焊接，改进后的结构有限元模型如图8所示，其中单元总数为217854个，在这里省略侧围零件，直接约束点焊边界，虽然会带来一定误差，但精度是满足分析要求。加强板处的约束位置如图9所示；改进后进行分析计算，结果如图10所示。

点击图片查看大图

图8 改进后的顶盖有限元模型

点击图片查看大图

图9 加强板与侧围焊接位置约束模型点击图片查看大图

图10 改进后的顶盖模型刚度分析点击图片查看大图

图11 改进改后的顶盖一阶振型

由分析可知，改进后的顶盖最大变形量为0.31mm，一阶模态值为61.1Hz，其刚度得到明显提高，满足了设计的要求.

4 结束语

车顶盖增加天窗后，由于天窗质量对顶盖的影响，必将对顶盖的刚度及模态有一定的影响作用，通过对天窗周围加强板的设计修改，将其与车身侧围焊接，从而改善顶盖的刚度与模态。在减少一根横粱的情况下，其刚度与模态值略低于无天窗的车顶盖刚度与模态值，目前的设计已满足要求。因此在工程设计中利用CAE分析计算，节约了时间和成本，为工程设计提供更好的技术支撑。