HyperWorks在汽車行李箱優(yōu)化中的應(yīng)用

2017-07-20  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

近年來,隨著CAE仿真技術(shù)的逐漸成熟,其高效率、低成本的優(yōu)勢被國內(nèi)外汽車廠商青睞,成為汽車設(shè)計的不可或缺的主要手段。HyperWorks軟件以其高性能、開放式有限單元前后處理器、強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力及提供幾乎所有主流商業(yè)CAD系統(tǒng)和CAE求解器接口等諸多優(yōu)點(diǎn)成為CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用的工具。

本文針對某轎車行李箱在強(qiáng)度耐久試驗中出現(xiàn)因行李箱剛性不足造成面板變形,導(dǎo)致行李箱蓋鎖扣發(fā)生偏移,難以關(guān)閉行李箱蓋的問題展開結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析工作。利用HyperWorks建立行李箱的有限元模型,通過OptiStruct求解器對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析,并提出結(jié)構(gòu)整改建議,對比參考樣車后采用最佳優(yōu)化方案,最終實(shí)車通過強(qiáng)度耐久試驗,滿足設(shè)計要求。

1 建立有限元模型

1.1網(wǎng)格劃分

首先利用HyperMesh前處理功能建立行李箱總成各結(jié)構(gòu)件的有限元模型,選用殼單元,基本網(wǎng)格單元尺寸為5mm。結(jié)構(gòu)連接采用RBE2、RBE3、粘膠、焊接單元,并充分考慮結(jié)構(gòu)的具體特征如圓角、翻邊、工藝孔等,對結(jié)構(gòu)的簡化處理不影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析結(jié)果。完成后的行李箱有限元模型網(wǎng)格數(shù)量共有73475個,其中三角形殼單元3476個,占4.7%。單元質(zhì)量符合企業(yè)給定標(biāo)準(zhǔn)。行李箱有限元模型見圖1。

1.2材料屬性

計算中所使用的材料參數(shù)如下:

1.3邊界載荷

根據(jù)試驗方法對行李箱蓋進(jìn)行約束和加載,具體方法如下:

約束條件:在行李箱蓋鉸鏈安裝點(diǎn)處約束所有自由度,邊界條件設(shè)置如圖2。

載荷工況:在行李箱蓋latch處施加力F=100N,方向為X向(車身前后方向),載荷設(shè)置如圖3。

2 分析結(jié)果

通過OptiStruct求解計算出施力點(diǎn)的X方向位移值,體現(xiàn)出圖2-3所示的R角的變化程度,反映行李箱蓋的剛度特性。

分析結(jié)果得到該點(diǎn)的X向位移為4.94mm。為設(shè)定分析優(yōu)化目標(biāo),特取一款類似的參考樣車的行李箱蓋做同樣的工況分析,得出的位移值為4.4mm。因此,對該行李箱蓋的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化目標(biāo),即在該載荷工況下,施力點(diǎn)的X向位移值≤4.4mm。

3 優(yōu)化方案

根據(jù)經(jīng)驗,為提升行李箱蓋的剛性,減少面板變形量,需加強(qiáng)行李箱蓋內(nèi)部R角折彎部位的剛度。因此,根據(jù)設(shè)計空間和成本考量,提出以下兩種優(yōu)化方案,并將分析結(jié)果與參考樣車分析值進(jìn)行對比,選取最佳方案。

方案一:在行李箱蓋內(nèi)板R角折彎部位添加凸筋。見圖4。

方案二:將行李箱蓋左右鉸鏈加強(qiáng)板加長。見圖 5。

以上兩種優(yōu)化方案分析結(jié)果如下:

以上分析結(jié)果(圖6 和圖7)可以看出,方案一的施力點(diǎn)位移變化量略有減小,但未達(dá)到目標(biāo)要求;而方案二的施力點(diǎn)位移變化量下降13.36%,到達(dá)4.28mm,低于目標(biāo)4.4mm,說明該方案能夠有效提高行李箱蓋的內(nèi)板剛性。

4 實(shí)車驗證

根據(jù)方案二的建議,將行李箱蓋左右鉸鏈加強(qiáng)板加長后進(jìn)行強(qiáng)度耐久試驗測試,發(fā)現(xiàn)問題點(diǎn)已改善,不存在難以扣鎖的問題。試驗結(jié)果表明,優(yōu)化方案二滿足設(shè)計指標(biāo)要求,達(dá)到了結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)的目標(biāo)。

5 結(jié)論

本文利用HyperWorks軟件建立行李箱蓋總成有限元模型,并對行李箱蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析。針對原先的設(shè)計問題點(diǎn)提出2種優(yōu)化改進(jìn)方案,對仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析,選取其中最佳的優(yōu)化方案,并最終通過試驗驗證該結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)是可行的。(轉(zhuǎn))

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