（合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥230009）
摘 要：以某车型为例，对该车门进行过开强度分析及试验。运用Hypermesh软件建立车门有限元模型，并对车门过开工况进行仿真分析得出车门位移数据和附件受力情况；提出车门过开试验方案，完成车门过开性能测试，得出试验推论；对比仿真结果和试验数据，验证有限元模型的准确性与试验方案的可行性。
关键词：车门；强度分析；过开角度；有限元分析；试验
中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）01-0065-06
Strength analysis and verification test On automotive
door over-bending
SUN Jian, TAN Ji-jin LI Xue-cheng
( College of automobile and transportation engineering, Hefei university of
technology, Anhui 230009, China )
Abstract: In the case of a certain automotive, the automotive door over-bending performance was analyzed and tested. Used Hypermesh to establish a finite element model of the automotive door, Conducted simulation analysis of the over-bending condition of the door, the displacement data and the stress of door accessories are obtained. The experimental scheme of door over-bending was proposed, test of the door over-bending performance was completed, inference of experiment is obtained. The accuracy and feasibility of the finite element model were verified by comparing the simulation results and experimental data.
Key Words: automotive door; door over-bending angle; finite element analysis;
*
，, doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2018.01.011 收稿日期：2017-07-12
[1]门、开闭耐久等。其中过开工况主要考察车门过开角度及受力状况，评价车门过开状态下性能，包括最大开启角度与变形等。过开性能反映车门及铰链系统和限位器抵抗超负荷开门力作用的能力。过开相当于在车门全开状态下，在车门打开方向施加载荷。车门过开工况属于模拟车门使用者误操作，车门过开下，会在车门、铰链系统、限位器、车身侧围外板产生很大应力，如果车门
过开频繁发生，可能会引起车门系统过早老化和车门是车身上的一个相对独立的总成，其性金属损伤，造成车门性能变差，甚至无法关闭车能状况对于汽车的安全性和舒适性都有重要影门，严重影响车门开合便利性。
响。车门性能分析主要包括过开、下沉、全力关
孙 剑
合肥工业大学硕士研究生，主要研究方向：车辆现代设计理论与方法。
基金项目：江淮星瑞二类底盘车白车身静动态特性测试分析研究（11-586）。
65
CAE技术可以分析车门相关性能是否达到设大开启角65.4度，移除对限位器和转轴绕其轴线的计目标，而通过验证后的CAE模型可以进一步针对旋转约束以及车门锁点y向自由度，铰链连接处移具体性能提出有效的解决方案。目前行业关于车除车门旋转约束。在车门过开工况过程中，车门门过开工况法规标准和试验方案研究较少，为了自重是不可忽视的因素，使用CONM 2集中质量单分析并改善车门多项性能，以某车型前门作为研元加载22kg。由于车门已经到达最大开启位置，铰究对象，搭建CAE仿真模型，模拟车门过开过程，链与车身外板、限位器压块上下端与车门外板已并设计试验方案，建立试验系
统，探讨确定过开经接触，仿真中采用固联，限位器与车身连接部角度的试验方法，完成车门过开试验。通过分析分采用螺栓连接。在锁点位置沿车门开启方向施与验证确定了该车门及铰链系统、限位器系统抵加500N载荷，强迫车门继续开启。
抗过开的能力，确保车门性能达到目标值。
本文不仅对车门整体进行了有限元分析，并
且进一步研究了车门过开工况中的车门附件受力
情况，详细完整的分析了车门过开性能。在进行
过开仿真分析的基础上设计了简单易行的试验验
证，得出了相应推论。为车门过开性能开发验证
提供了借鉴。
1 车门过开强度有限元分析
1.1 车门有限元模型
图2 过开强度工况加载约束示意图根据车门CAD数模建立有限元模型（图1），
1.3 分析结果
车门主要由不同厚度的薄板件构成，通常采用壳
1.3.1 过开性能评估
[2]
单元对其进行离散化。网格大小选择8mm，忽略通过Hyperworks中的Hyperview后处理模块得尺寸较小的工艺孔，重要区域适当加密，焊点采到车门在过开加载情况下的位移云图（图3），在用ACM焊接模拟，螺栓采用梁单元与rigid单元模车门模型上通过Distance工具选择四个测点，获得拟，焊缝采用刚性连接。限位器有限元模型处于四个测点位移数据，从而计算车门过开角度，评车门开启到最大角度位置。模型搭建完成后节点估车门过开性能（数据比较见表3）。
总数287385个，单元总数235662个，三角形单元总在过开工况中，除车门受力变形外，所施加数10133个，三角形单元总数占单元总数的载荷会在限位器与铰链处产生较大应力，若应力4.3%(<10％)利用Hyperworks中Optistruct求解器静力值超标，会产生永久变形，对车门开启与正常使
[3]
学分析功能对该车门进行过开分析。用产生严重影响。以下对车门过开中车门主要附
件进行分析说明。
图1 车门的有限元模型
图3 过开加载情况下位移云图
1.2 边界条件
1.3.2 车门受力评估
约束车身截面全部自由度，将车门旋转至最
66
在过开工况中，铰链承受较大载荷，铰链与门打开时，车门的重力完全由铰链承受，在过开车门连接处会产生较大应力，同时限位器支架通工况中，铰链不仅需要承受车门重力，而且需要过螺栓固定在门外板，所以车门在过开工况中主与限位器一同限制车门开度。随着载荷等级增要的受力位置在铰链安装孔与限位器安装位置附加，铰链通过与车身连接端的接触限制车门开近，加载时所受应力如图4所示。车门所受最大应度，所以铰链在车门过开工况中应力水平也会影力位于铰链安装孔附近，其应力值为150MPa，小响车门过开性能。
于零件材料许用应力。铰链应力云图如图6所示，铰链最大应力位于
连接处根部，最大应力为142.5 MPa，小于零件材料
许用应力，无破坏风险。
图4 车门应力云图
1.3.3 限位器受力评估
车门限位器具有门半开时的支承功能和全开图6 铰链应力云图
时的限位功能，其作用是限制车门的开启角度， 1.3.5 侧围外板最大位移怎么开汽车
减缓车门的开启及关闭速度，提高开关门手感。限位器支座通过螺栓固定在车身侧围，过开因此限位器是车门过开工况中重要承力件。限位工况下，车身侧围承受较大载荷，所以车身侧围器支架通过安装螺栓紧固在车身上，限位盒通过外板设计中需要保证车身有足够刚度。侧围外板两个安装螺钉紧固在车门内板上，当开门的时位移云图如图7所示。侧围外板最大位移位于与限候，限位盒便会沿着限位臂进行运动[4]。位臂安装孔附近，其位移值为1.215mm，满足设计以车门开启到最大时为分析位置，此时限位要求。
拉杆处于最大行程。限位器拉杆应力云图如图5所
示，限位器最大应力位于限位拉杆上，最大应力为
193.4 MPa ，小于零件材料许用应力，其他位置所
受应力均满足要求，无破坏风险。
图7 车身侧围外板位移云图
2 车门过开试验
2.1 试验方案
将车门安装在车身上，车身放置在平坦地面图5 限位臂应力云图
1.3.4 铰链受力情况评估并加以固定，沿锁位处加载。由于角度难以测
车门铰链是车门总成中的主要受力件，当车量，通过测试各测点位移，再经过换算得出车门
67
过开角度。车门测试系统如图8所示：
（2）缓慢逐级加载，加载级别为10kg，按设
计要求最大载荷级别为51kg（500N），然后再逐级卸载至0，通过位移测试系统采集数据，得出在各级加卸载状态下车门各测点变形。
（3）试验重复3次并核实数据重复性，取3次数据平均作为处理依据。通过测点位移，计算车门过开角度。其基本计算原理见图9；各测点到铰链轴线距离见表1。
a 车门过开试验测试系统框图
b 加载与反力架装置
图9 过开试验车门过开角计算原理图
根据四个测点位移推算过开角，过开角计算
按下式进行：
式中：为第i个测点位移，mm；L 为第i个测i 点到铰链轴线距离，mm；为第i个测点过开角计算值。
表1 各测点到铰链轴线距离
c 位移传感器布置图图
图8 车门测试系统
为了得到准确数据，在车门锁点与车门铰链轴线之间布置四个测点，一测点选择在加载点位置，其余三测点沿外板布置。另外，加载点位置设置标尺，量测标尺移动位置，作为车门开启角度参考。采用剪式千斤顶加载装置，前端放置力 2.3 过开强度试验结果分析
传感器。千斤顶一端顶住车门，另一端抵住反力由各测点位移数据计算出四个测点过开角度装置，依靠千斤顶加载装置缓慢旋转实现对加载与残余值（表2），反映4个测点在5个载荷等级力的控制。
下的加载与卸载过开角度试验值，多测点数据互相验证，说明车门总体过开情况，易于给出正确2.2 试验过程描述
（1）将车门开启至最大开启角65.4°，用加推断。由表2可知除1号测点外其余测点过开角度载装置一端顶住车锁位置，另一端连接力传感数据重合性较好，这是由于1号测点接近铰链轴器，调整好车门与测试系统，力与位移初值显示线，位移变化值较小，对位置敏感。选取2,3,4号为0。
点过开角度作为依据，试验得出车门在500N载荷
d q i
i 车身
车
门位移数据采集系统加载装置与反力架装置
数据处理计算得到
过开角度
位移传感器测点号距铰链轴线距离 /mm
190233036254
930
2,3,4,1i 180i i
i =×=p
d q L 68
作用下，三号点过开角度最大，最大过开角为变形区间过开角度变化较大。以四号测点加载曲2.949，锁位处则为2.703 ，最大残余变形角度为线为例，分段添加趋势线得出曲线斜率，如图0.349，满足设计要求，试验结果表明该车门过11a、b所示，测点在0～2°变化区间趋势线斜率为开性能满足要求。
0.0074，在2～3°变化区间趋势线斜率为0.0031，表2 各测点过开角角度
可知在2～3°过开角度变化率明显低于0～2°区间。通过试验观察，这是由于在分级加载过程中，铰链与车身接触明显滞后于限位器限位，0～2°变形区间主要由限位器进行限位，在后续加载中2～3°变形区间铰链与限位器同时进行限位，角度变化率小于0～2°变形区间，具体过程见图12。试验推论为当车门过开时，铰链限位会滞后1.5～2。
（a）四号测点过开角度加载0 ～2°趋势线
（a）2号测点过开角度加卸载曲线
（b）四号测点过开角度加载2 ～3°趋势线
图11 四号测点过开角度加载趋势线
（b）3号测点过开角度加卸载曲线
图12 试验中限位器与铰链接触限位顺序图
图13a反映各测点不同加载等级下变形情况，即各测点所在车门平面整体变形情况。曲线表明
各测点变形趋势一致，图13b中线框图为车门起始
加载位置，为方便与试验结果比较，位移云图为（c）4号测点过开角度加卸载曲线
最大加载等级500N下位移结果放大十倍后的结图10 测点过开角度加卸载曲线
车门各测点加卸载荷工况下过开角变化曲线果，可以看出仿真与试验数据变形趋势基本一如图10 a、b、c所示，四个测点加载曲线在0～2°
致，同时在0～98N、98N～196N、196N～294N加
加载等级
/N
1号测点过开角度/°
2号测点过开角度/°3号测点过开角度/°4号测点
过开角度
/
°00000980.0070.4080.4860.2651960.644 1.394 1.586 1.347294 1.062 2.067 2.309 2.069392 1.281 2.380 2.631 2.396500 1.503 2.686 2.949 2.703392 1.541 2.693 2.891 2.669294 1.541 2.582 2.698 2.479196 1.542 2.343 2.454 2.23198 1.272 1.814 1.890 1.6630
0.239
0.332
0.349
0.202
69
发布评论