CAE分析在汽车引擎盖结构设计中的应用

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。

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: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。

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。

5. 引擎盖冲击分

(1)约束和加载。

约束:在铰链安装螺栓孔处[本文来自于www.jyQkw.CoM]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:对引擎盖总成施加4 倍的重力加速度。约束和加载模型如图10 所示。

(2)分析结果。

通过计算可知,在4 倍的重力加速度作用下,引擎盖总成的最大位移为5.804mm,满足设计要求(最大位移量< 10mm)。分析云图如图11 所示。

6. 引擎盖手掌压痕分析

(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。在引擎盖锁扣处限制X、Y、Z 向移动自由度和X、Z 向的转动自由度。

加载:对引擎盖总成的中间100×100mm 的区域上施加450N 的力。约束和加载模型如图12 所示。

(2)分析结果。

通过计算可知, 手掌附近区域最大MISES 应力为94.5MPa,满足设计要求(最大MISES 应力< 180MPa)。

分析云图如图13 所示。

7. 引擎盖凹陷刚度分析

(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。在引擎盖锁扣处限制X、Y、Z 向移动自由度和X、Y、Z 向的转动自由度。

加载:对引擎盖总成的后端75×75mm 的区域上施加90N 的力。约束和加载模型如图14 所示。

(2)分析结果。

通过计算可知,引擎盖最大位移量为0.0824mm,满足设计要求(最大位移量< 6.35mm)。分析云图如图15 所示。

8. 结论

根据以上分析可知,CAE 对引擎盖所作的相关分析,均满足设计要求。

四、结语

本文对引擎盖结构设计中需要作的CAE 分析项目作了详细说明,为引擎盖结构设计方案验证提供了一种很好的方法。通过所述项目的CAE 分析,可以避免其在结构设计阶段方案验证不足造成后期试装、评价时问题再现所产生的应对周期长、费用高等问题,为其结构改进和优化提供量化的依据。

浏览次数:  更新时间:2017-01-05 12:32:23
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