CAE分析在汽车引擎盖结构设计中的应用

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来源：《智能制造》 2016年第6期

撰文/ 郑州日产汽车有限公司技术中心汤尧兰天亮王少伟

本文详细地介绍了汽车引擎盖在结构设计阶段所需要的相关CAE 分析，对汽车引擎盖的结构设计方案给出了量化的评价依据。通过CAE 分析，不但可以有效地缩短其产品设计周期，降低其设计开发及试验验证的相关费用，还可以为产品的结构改进和性能优化提供方向指导。

一、引言

汽车引擎盖是汽车前端模块中较为重要的组成部分，其作用不仅仅是保护发动机，还有着被动保护行人安全的作用。随着CAE 和计算机技术的快速发展，越来越多复杂的非线性问题都可以通过CAE 软件来模拟分析，使设计者可以客观地评价设计结果，为已设计产品的结构优化指出改善方向。

本文以CAE 在某车型引擎盖结构设计中的具体分析为例，简述CAE 在汽车引擎盖结构设计中的具体应用。

二、CAE 分析在汽车引擎盖结构设计中的应用

本文利用Hyperworks 软件对引擎盖总成采用壳单元进行网格划分，可得157000 个单元。在安装螺栓孔位置和焊点处作RBE2 SPIDER 连接，内外板粘胶处作一层solidmap 实体单元。引擎盖的有限元分析模型如图1 所示。

1. 引擎盖安装变形分析

（1）约束和加载。

约束：在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z 向的转动自由度。在引擎盖前端缓冲块安装孔处限制X、Y、Z 向移动自由度和X、Y、Z 向的转动自由度。

加载：在引擎盖锁插销处施加222N 的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。约束和加载模型如图2 所示。

（2）分析结果。

通过计算可知引擎盖总成的安装最大变形量为0.74mm，满足设计要求（最大变形量＜ 3mm）。分析云图如图3 所示。

2. 引擎盖边缘变形分析

（1）约束和加载。

加载：分别在side beam 和rear beam 上施加222N的力，并施加重力载荷。约束和加载模型如图4 所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，在第一种工况下引擎盖边缘的最大位移量为1.21mm，在第二种工况下引擎盖边缘的最大位移量为0.25mm，满足设计要求（最大位移量＜ 10mm）。分析云图如图5 所示。郑州日产汽车有限公司

3. 引擎盖下拉变形分析

（1）约束和加载。

约束：在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z 向的转动自由度。在引擎盖中部缓冲块安装孔处限制X、Y、Z 向移动自由度和X、Y、Z 向的转动自由度。

加载：在引擎盖锁插销处施加222N 的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。约束和加载模型如图6 所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，最大应力约为152MPa，不会产生永久变形，满足设计要求。分析云图如图7 所示。

4. 引擎盖扭转刚度分析

（1）约束和加载。

约束：在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z 向的转动自由度。在引擎盖右前缓冲块安装孔处限制X、Y、Z 向移动自由度和X、Y、Z 向的转动自由度。

加载：在引擎盖左前缓冲块安装孔处的Z 向施加180N的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。约束和加载模型如图8 所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，Z 向的最大位移约为10.63mm，引擎盖x 向力臂长490mm，故计算出扭转角θ=arctg(dz/x)=1.24°，而加载点的扭矩为180N×0.49m=88.2Nm，故扭转刚度为88.2/1.24=71Nm/deg。分析云图如图9 所示。