第30卷增刊 2007年12月
合肥工业大学学报
(自然科学版)
J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GY
Vol.30Sup
Dec.2007
魏树森
(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230022)汽车引擎盖
摘 要：汽车开闭件的屈曲抗凹分析是衡量汽车开闭件稳定性的一种方法，由于开闭件外板本身的形状确定了其结构具有不稳定的特性，所以了解其屈曲的性能就显得尤为重要；通过有限元分析确定其性能
并改进开闭件设计使其达到抗凹性能的要求。关键词：屈曲；开闭件；有限元
中图分类号:U463.83 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20136203
Resear ch a bout buckling and dent ing analysis of the closur es
WEI Shu 2sen
(Tech nolo gical C ent er ,An hui Ji anghuai Aut omobil e C o.,L td ,Hefei 230022,Chi na )
Abstract :Buckli ng and dent ing analysi s of t he closures is a met hod t o eval uate t he st abilit y of st r uc 2
t ure.For t he inst abilit y caused by t he figure of out 2panel ,it i s import ant to know a bo ut t he bucki ng and dent ing performance of out 2panel.The a nal ysi s of fini te element can help to confirm i t s perform 2ance and i mprove it s design t o meet t he needs of denti ng requi rement s.K ey w or ds :buckli ng ;closure s;F EM
汽车开闭件的屈曲抗凹是衡量汽车外板件稳定性的一种方法，汽车外板件本身形状决定了其具有不稳定的特性，所以了解其屈曲的性能就显得尤为重要。目前国内外采用测量外板件屈曲抗凹的方法主要
是试验和有限元方法，随着计算机性能不断提高以及有限元分析方法和算法的不断优化，使得计算机有限元模拟分析成为屈曲分析的主要手段，而采用何种软件何种方法对其进行分析才能使得其结果与试验接近，就成为国内外专家们一直在探寻的问题[1]。鉴于开闭件外板分析方法大同小异，本文主要针对某车型的引擎盖进行屈曲抗凹分析并与试验进行了比较，最终对其结构进行优化设计，得出有意义的结论[2]。
1 引擎盖的有限元分析
1.1 引擎盖的有限元建模
开闭件屈曲分析是一种典型的材料非线性和几何非线性的分析，所用的软件一般可以采用L S 2D YN 或者是B QU S ，由于非线性分析所用的时间要远远超出线性分析，所以就要建立一个简化而相对精确的模型。考虑到装配工艺上出现的包边等特殊工艺，在建模的过程中进行了如下的简化:
(1)钣金件一律采用壳单元，单元尺寸控制在10mm 左右，控制三角形所占的比例小于5%，外板翘曲小于10°，内板和加强板的翘曲小于15°。
(2)包边的翻边部分进行简化，包边的周围可以焊点进行模拟。
(3)外板材料采用弹性材料进行模拟，根据材料的应力2应变关系详细定义其应力2应变曲线。1.2 引
擎盖屈曲凹痕计算结果分析
通常可以采用LS 2DYNA 和ABAQUS 这2种软件进行分析，这里利用在隐式线性方面具有优势的ABAQUS 进行分析。分析中在加载点利用刚体撞击块在测点位置从0N 逐渐加载到400N 后卸载，然后看分析点的位移变化，通过ABAQUS 自带的后处理软件可以很清楚地看清每一步位移和应力云图的变化，最后提取加载点的位移2载荷曲线,
:20071101:20071122
:192-.
A A A
出加载点的最大变形和残余变形。
有限元模型及加载方式如图1所示。
图1 有限元模型及约束加载方式
计算过程中可以发现当模型进行到结构发生
屈曲或者材料的应力进入到塑性阶段时会出现计
算迭代困难，增量步减小的情况，但只要模型中单
元合格，模型建立正确就可以完成计算。
图2所示为引擎盖分析点的位置，针对这3
点分别进行加载卸载分析这3点的屈曲抗凹性
能；图3分别给出了这3点在载荷为400N下的
最大变形，云图中显示的单位为mm。图4所示
为通过数据处理得到的P1、P2点的位移与载荷
的关系曲线。
通过图3的云图及图4的曲线可以看出引擎
盖在P2点和P3点的抗凹性能较差，尤其是P3
点，其最大已经位移超过目标值10m m，所以这
两处是要改善的重点。
2 试验与分析的对比
2.1 试验的测点选择与分析方案说明
2.1.1 测量点
除了对钣金件刚性直接测量外，一般由有经验
的工程人员对车身钣金件用手进行触摸手感的主观
评价，评价通过打分的形式进行，综合评定一些手感
较差的点，然后进行标记以便测量，如图5所示。
图5 某车型引擎盖测量值较差的部位及手感较差的部位
2.1.2 测量方法
外板刚度测量方法是借用三坐标测量仪及测
力器，对外板上布置好的测量点(受力点)进行测
量，测量点一般靠主观评价和工程经验选定，因车
身左右对称，故只测量左侧。在每一测量点，周围
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增刊魏树森：汽车开闭件屈曲、抗凹分析研究
再标定3个点，距测量点约为10mm 。实际三坐标对每个测量点进行测量时，是其周围的3个标定点的值，通过3点坐标确定三角形平面。对每一测量点进行5组测试，分别在该点上用测力器施加0kg 、1kg 、3kg 、5kg 、7kg 的力，根据每组测量得出三角形平面，再得出各施加力与不施加力平面中心间距(变形量)。通过对各受力状态下变形量进行对比，来衡量钣金件抗凹的性能。2.2 试验结果及说明
试验结束后，将采集到的数据进行整理，做出变形量与载荷之间的关系曲线，如图6所示。
图6 6个点的位移与载荷的关系曲线
针对图6，可以认为发动机罩外板刚性最差的部位为P 2和P 4部位，这个部位的结构必须要
进行整改。对于P 1部位，测量结果显示刚性较好，但手感较差，这与其所处的位置有关(在此部位易于使力)，也有改善的必要。2.3 试验方法与分析方法的比较
对于试验结果的评价，一般采用与目标车数据对比的方法来确定其性能，由于目标车型的数据需要靠自己试验收集，数据采集有困难，使得对比的样本较少，很难准确地对测量车性能进行定位；通过位移与载荷的关系基本上可以确定该点是否发生屈曲，但由于数据较少，使得曲线不够光滑，所以很难对其不稳定区域进行评价。
试验具有数据准确、直观等优点，这些是有限元分析不能比拟的，对外板件进行屈曲试验与有限元方
法同时进行可以互补不足，对比结果来提高建模的准确度。
3 改进方案
进行以上分析和试验后，在该车型的引擎盖的内板做了如下的改动，增加4根梁在如图7所示的位置。通过这样的改动就可以使得引擎盖在
该处的屈曲性能有所提高，达到设计要求；内板与外板之间的胶更换为强度更高的，同样可以提高其抗凹性；此外，在外板上增加减震垫也可以少许提高其抗凹性，并可起到减震效果。
图7 引擎盖内板改进的示意图
4 结束语
本文通过对某车型的引擎盖进行的屈曲抗凹
性分析，并结合试验对该车引擎盖的结构进行了改动，使之达到要求。
车门、行李箱盖等其他部位的开闭件外板的屈曲抗凹分析和试验方法和引擎盖是相同的，都
是利用加载后所得到的位移与载荷曲线来确定其抗凹性能是否符合要求，然后对结构不符合要求的地
方进行改进，综合多种改进方案后确定最终方案，使之达到设计要求。
提高开闭件外板抗凹性能的方式可以是多样化的，如改变材料、增加厚度或添加加强件等方式，因为要考虑“轻质量，高刚度”的设计理念，最好的方法应该是优化结构。
参 考 文 献
[1] Bel yt sch ko T ,Liu W K ,Mo ran B.连续体和结构的非线性
有限元[M ].庄 茁译.北京：清华大学出版社,2002.
[2] 庄 茁，张 帆，岑 松.AB AQUS 非线性有限元分析与实
例[M ].北京：科学出版社,2005:115-118.
[3] Zi en ki ewi cz O C ,Taylo r R L.有限元方法[M].第5版.庄
茁，岑 松译.北京：清华大学出版社,2006.
[4] 王勖成.有限单元法[M ].北京：清华大学出版社,2003.[5] 郭乙木，陶伟明，庄 茁.线性与非线性有限元及其应用
[M ].北京：机械工业出版社,2003.
(责任编辑 朱华新)
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