4.车身(车门)课程设计(2)

图1-8 抗侧撞梁简化模型 图1-9 抗侧撞梁在内板中的布置

5)窗框（如图1-2中4和图1-10所示）

车门结构按照窗框的形式，可分为无窗框结构、组装式窗框结构、整体式结构（如图1-10所示）和玻璃布置在窗框外侧的结构。本文只研究现代轿车普遍采用的整体式车门。

作用和要求：玻璃密封条的布置和固定；刚度要求和密封性能的要求。

材料和制造：整体式结构的窗框的内、外板是分别与门的内、外板一体冲出的。 简化：将车门玻璃除去，本文不考虑玻璃的影响。简化后的窗框如图1-11所示。

图1-10 整体式车门

a) b) c)

图1-11 窗框简化模型 a)内侧视图b)外侧视图c)截面图

车门附件包括：铰链和限位系统、锁和锁闩系统、密封系统、玻璃升降系统、外侧后

视镜等。

铰链、锁和锁闩系统（如图1-12所示）

作用和要求：整个车门的重量及任何作用在车门上的力，在车门关闭的状态下，是由两个铰链、门锁及固定在车身门柱上的锁闩系统来支承；而在车门打开时，则全由铰链支承。实际车门的下垂，通常是由于在载荷作用下，铰链与车身或车门的连接部位发生变形所致。

材料和制造：现代轿车广泛采用合页式铰链，两个合页分别固定在车门和车身门柱上，合页之间用销轴定位和连接。

简化：

采用合页式铰链。 车门的最大开度65°。 除去锁和锁栓系统。

简化后的铰链模型如图1-13所示。

图1-12 合页式上、下铰链 图1-13 铰链简化模型 1－车门合页 2－连杆 3－二力构件 4－门柱合页 5－弹簧 6－铰链轴线

简化的车门模型装配图如图1-14所示。模型的轮廓尺寸如图1-15所示，详细的尺寸可以在ANSYS命令流中获得，这里不赘述。

图1-14 车门简化模型 图1-15模型轮廓尺寸

第2章 在ANSYS中建立车门模型

2.1 关于单位、正负和方向

为了保证单位统一，列出本文所用到的所有单位，如表2-1所示。后文各项数据将不再标出单位。

表2-1 单位

名称 单位 名称 单位 m N 长度 力 kg Pa 质量 压力 s 加速度 m/s2 时间 弹性模量 Pa 角度 ° 泊松比 无 密度 kg/m3 正负和方向都取决于ANSYS中的坐标系。

2.2 单元类型的确定

对于钣金件，比较适用的是shell（壳）单元，可以大大节省计算时间，而且可以达到较高的精度。如果使用shell单元来做分析，那么必须以面的形式来建立车门装配模型。笔者已经尝试过用面的形式来建立车门装配模型，但没有成功。因为，车门零件之间的连接关系，在有些情况下不能用面之间的连接来实现。因此，这里采用了solid（实体）单元，也就是用体的形式来建立车门装配模型，获得了成功。

2.3 建立车门模型的步骤

(1)使用SolidWorks（下文简称SW）快速设计车门模型。

因为ANSYS中使用命令流的建模方法不利于快速设计，而一些其他公司的三维设计软件却可以做到。笔者对于SolidWorks（下文简称SW）比较熟悉，所以使用它快速建立了车门简化模型。在SW中通过调整、修改，确定了车门模型结构和尺寸。

然而，这一步并不是必要步骤，如果要对一款车门进行有限元分析，可以根据此车门的工程图纸，直接在ANSYS中建立简化车门模型。由于这里并没有对实际的某一款车门进行分析，所以，要自行设计一款车门例子。

(2)ANSYS命令流建模，各种参数在SolidWorks中测量读取。

给钣金件建模，运用“抽壳”方法比较方便，但是ANSYS命令流中却没有这种方法，这给建模带来了难度。笔者运用实体相减的办法得到了车门内板的复杂薄壁特征。建模过程中，

先建大实体，后建小实体，然后用大实体减去小实体，从而形成薄壁特征。

2.4边界条件的处理

以车门下沉刚度分析为例来说明对于边界条件的处理，其他两项分析中的边界条件类似，这里不再赘述。

下沉刚度分析中的边界条件处理步骤：

(1)铰链左合页、铰链右合页和铰链轴直接进行ADD（加）运算。因为难以模拟出铰链两合页绕铰链轴转动的效果，所以直接进行ADD（加）运算，这样做对于车门下沉情况影响不大。

(2)所有零件进行GLUE（粘结）运算。这样，所有零件将连接在一起，零件间可以传递载荷的作用。同时，车门各零件的装配关系也就确定了。

有关边界条件处理的命令流见各个分析中划分网格的语句（主要是“vadd”和“vglue”命令）。

2.5 单元的划分

事实上，以下的单元划分方面的设置，笔已做过多次实验并调整。

2.5.1 车门模型的材料

车门模型的材料如表2-2所示。图2-1表示出了车门材料的分配。

表2-2 车门模型材料

材料号 弹性模量 泊松比 密度 1 0.3 2.06×1011 7.8×106 2 0.3 3×1011 7.8×106 3 0.3 4×1011 7.8×106 4 0.3 2×1013 无

零件名称 内板 外板、内板加强板、外板加强板、铰链加强 抗撞梁 铰链 注：其中，因为铰链的重量对结果影响很小，所以省略其密度。

图2-1 车门模型材料

灰色－材料1 蓝色－材料2 红色－材料3 褐色(铰链)－材料4

2.5.2 车门模型的单元类型

首选的是采用SOLID187单元，其精度较高。SOLID187是一个三维高次10节点单元，有二次取代行为并且能很好地适合做不规则网孔模型（如来自于不同的CAD/CAM系统的模型）。本单元有10个节点，每个节点有三个自由度：x、y、z 方向的平移。本单元可能

有任意的空间方位，有塑性、超塑性、蠕变、应力刚化、大变形和大应力性能。该单元有模拟近似和完全的不可压缩的弹性材料的混合公式表示性能。SOLID187的几何模型如图2-2所示。

图2-2 SOLID187的几何模型 图2-3 SOLID285的几何模型

但是，由于此车门原模型比较复杂，采用SOLID187时的计算量相对于个人电脑来说过大，所以只能降低精度，采用节点更少的单元SOLID285（几何模型如图2-3所示），这是四面体、4节点的单元，精度不高。最终的选择是：采用SOLID187作为铰链的单元，因为铰链结构较简单，不会带来太大的计算量，而且铰链的精度很关键。其他零件采用SOLID285单元。

表2-3列出了车门模型所采用的单元类型。

表2-3 单元类型

单元号 单元名称 零件名称 1 SOLID285 内板、外板、内板加强板、外板加强板、铰链加强板、抗撞梁 2 SOLID187 铰链

定义单元和材料的命令流如下： /prep7

et,1,solid285 et,2,solid187 mp,ex,1,206e9 mp,prxy,1,0.3 mp,dens,1,7.8e6 mp,ex,2,400e9

mp,prxy,2,0.3 mp,dens,2,7.8e6 mp,ex,3,600e9 mp,prxy,3,0.3 mp,dens,3,7.8e6 mp,ex,4,2e13 mp,prxy,4,0.3

2.5.3 网格划分设置

采用Smartsize10级精细度

为了降低划分难度，采用智能划分。比起人工的划分，这种方法更加方便，并且划分的比较合理。由于电脑硬件的制约，为铰链采用1级（最精细），其他零件采用10级精细度（最差）。然而，精细度太低可能导致无法划分网格，所以在后面的分析中，一旦遇到这种情况，适当提高精细度即可解决。

单元形状和方式：四面体、自由。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库4.车身(车门)课程设计(2)在线全文阅读。