基于Abaqus的汽车天窗顶盖刚度分析

摘要： 汽车外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性.应用CAE技术分析某车带天窗顶盖的刚度.考虑材料、几何和边界的复杂非线性以及模拟天窗的夹紧，用Abaqus隐式弧长算法对某车型开天窗后的顶盖的抗凹性能进行模拟分析.对顶盖的抗凹性分析和评价为设计工程师提供重要参考.

关键词： 顶盖； 静刚度； 动刚度； 静应力； Abaqus

中图分类号： U463.83；TB115.1文献标志码： B

引言

汽车顶盖开天窗后，局部刚度会降低.若刚度不足，汽车在高速行驶时，会产生振动和噪声，影响汽车的性能，情况严重时天窗会掉落.汽车顶盖的局部抗凹性能是反映顶盖刚度性能的重要参数，越来越受到设计部门的重视.[1]

本文采用有限元法，基于Abaqus软件强大的非线，对某车型顶盖刚度通过抗凹性仿真模拟进行对比分析，得到120 N载荷下天窗顶盖局部位移曲线和云图，为整车开发前期设计提供参考.

1分析模型

1.1有限元模型的截取

取白车身顶盖建立有限元模型.在模型截取过程中既要使截取后的顶盖模型计算后与实物保持一致，又要使有限元模型尽量简单.鉴于以上考虑，模型网格的基本尺寸采用5 mm×5 mm建模，单元总数为154 640个.顶盖有限元模型见图1.

1.2材料与属性

分析涉及7种材料，由于要考虑顶盖的塑性变形，除给出材料的弹性模量和泊松比外，还给出材料发生塑性变形后的塑性应变和应力曲线.

图 1顶盖有限元模型

2边界条件

顶盖的抗凹刚度性能分析要考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性等.[2]在分析中，采用解析刚体模拟刚性压头的方法，在薄弱区域建立刚性面与顶盖之间的接触关系.在刚性面上施加120 N载荷，载荷方向沿考察点曲面的法向.天窗用刚性体模拟，天窗的质量以集中质量加在天窗的质心处.约束A，B和C柱截面的DOF123，边界条件见图2.

图 2顶盖边界条件

分为2个载荷步分析.第一步：天窗自重下，顶盖的变形.第二步：施加位移载荷，在考察点建立垂直于外板的局部坐标系，在刚性面参考点沿局部坐标系z轴施加120 N载荷.

3计算结果和分析

天窗自重和120 N载荷下的变形见图3和4.测量顶盖刚度最弱的区域作为抗凹点的分析位置，具体选择天窗右下角，与天窗边缘的距离为50 mm处.计算分析值与实验值比较接近，见表1.图 3天窗自重载荷下变形

图 4天窗120 N载荷下的变形

4结构改进

为解决现有车型顶盖刚度不足的问题，在不增加零件模具的情况下，可通过在天窗附近区域粘贴结构加强片加强顶盖的刚度.

方案1：在天窗四周贴加强片，见图5.

方案2：在天窗四周部分区域贴加强片，见图6.

5结束语

利用Abaqus软件的弧长算法对某车型开天窗后的顶盖进行抗凹性分析，分析结果与实验较一致.根据分析结果评价顶盖的整体刚度性能，并提出优化方案.经试验检测证明，优化改进后的顶盖刚度性能得到明显改善.参考文献：

[1]庄茁， 张帆， 岑松， 等. Abaqus非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科学出版社， 2005.

[2]石亦平， 周玉蓉. Abaqus有限元分析实例详解[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006.（编辑武晓英）