車門閉合效果分析方法

   時間:2014-03-11 12:15:22
車門閉合效果分析方法簡介
    車門閉合效果是各種新車評價標準中的重要指標,現在也越來越被消費者所關注。車門閉合效果考察主要包括兩個方面:車門最小閉合力以及車門最小閉合速度。在這套車門……
車門閉合效果分析方法正文
  車門閉合效果是各種新車評價標準中的重要指標,現在也越來越被消費者所關注。車門閉合效果考察主要包括兩個方面:車門最小閉合力以及車門最小閉合速度。在這套車門閉合效果分析方法提出之前,公司需要在樣車製作完成後通過試驗方法才能考察出車門閉合效果。這樣後期修改的餘地就比較小,解決問題的時間比較緊,同時需要投入的人力、物力也是非常巨大的。這套車門閉合效果分析方法可以通過CAE模擬模擬的方法將考察車門閉合效果的工作大大的提前,可以在項目開發的早期就對車門閉合效果進行分析預測,以保證項目順利進行。
這套車門閉合效果分析方法的開發主要是以下三部分:
1.從理論上分析了車門閉合過程,找到基於能量守恆的分析方法;
2.提出了一種基於優化工具的擬合橡膠材料參數的方法,並成功應用於橡膠件分析;
3.建立車門及密封條的完整有限元模型進行計算,並和試驗結果進行了比較。
1.理論基礎
通過分析發現在影響車門閉合效果的眾多因素中,車門的重心位置、鉸鏈摩擦、限位器、鉸鏈同軸度、門鎖、密封條以及空氣阻力起到了最重要的作用。
圖1帶密封條的車門模型根據能量守恆,建立描述車門關閉過程的能量公式通過CAE分析以及實驗等方法得到公式中各項的值,這樣就可以得到車門在關閉過程中的初始能量。並根據可以計算出車門的最小閉合速度。
2.橡膠有限元分析方法
橡膠材料較強的非線性以及橡膠本構關係的多樣性是橡膠有限元分析的最大難點。在提出上述理論方法的前期,還不具備用有限元模型完整模擬密封條的能力,所以只能對密封條進行截面分析,得到密封條的壓縮反力,並採用彈簧單元模擬的方法來計算完整密封條的壓縮反力,並以此計算相關能量值。
圖2密封條截面分析方法
圖3利用彈簧單元模擬密封條為了能更加準確的模擬密封條壓縮,需要準確的橡膠材料的參數,但是由於加工過程中的工藝等因素(比如硫化等),導致基於樣條的橡膠參數跟實際件的參數之間存在一定的差異,所以,找到一種能夠得到橡膠材料參數的方法就顯得尤為重要。在對橡膠本構關係以及橡膠材料的試驗方法進行了研究和學習之後提出了一種基於優化工具的橡膠材料參數識別方法。其基本原理為利用CAE軟體模擬橡膠的試驗過程(包括樣條拉伸、截面壓縮等)。選擇一種橡膠材料本構方程,以橡膠材料的參數作為設計變數,以軟體計算得到的CLD(compressionloaddeflection)曲線和試驗得到的CLD曲線的差作為優化目標。
圖4優化軟體搭建的工作流
圖5試驗曲線和模擬曲線對比從圖5曲線對比結果可以看出,使用這組參數時,CAE模擬能較好地體現出橡膠本身的特性。將該方法應用到車用橡膠襯套的有限元分析中,發現該方法效率較高,精度方面也完全滿足工程應用,特別是襯套的變形量較小或中等的情況。
3.密封條分析
建立密封條的有限元模型,建立車門和車身門框部分的有限元模型,將密封條單元和車門及車身單元連接起來,類似於將密封條「安裝」到車門和車身上。
圖6密封條「安裝「完成後的截面圖分別計算車門的最小閉合力和車門最小關閉速度,如圖7和8所示。
圖7閉合力曲線
圖8閉合速度曲線經過和試驗的對比,最小閉合力及最小閉合速度都在可接受範圍內。也證明了這種方法應用到工程中是可行的。
4.總結及工程應用
通過優化密封條截面優化車門閉合效果的過程如下:艾瑞澤7開發完成後,對10輛試製樣車進行的前側門關閉速度測試數據進行了統計,並將結果進行歸一化處理后得到了前側車門關閉速度誤差帶。但是由於試製車樣件的狀態穩定性不足,所以誤差帶稍大,結果如下:這套方法在另一個在研項目中也發揮了作用。在該項目的開發過程中發現試製車的車門關閉不嚴的情況,經過對整個車門系統的CAE分析發現,車門上半部分的密封條壓縮力過大,導致該部分的鈑金件也發生了輕微的變形(車門上半部分剛度相對要差一些)。通過優化設計密封條的截面形狀,改變密封條剛度解決了這一問題,同時也保證了系統的氣密性。
新產品的創新點
1.通過能量法將影響車門閉合效果的主要因素進行量化,並證明可以通過調整各個因素來最終優化車門閉合效果;
2.橡膠參數識別方法大大提高了CAE分析中對橡膠件的分析精度,也改變了用彈簧單元模擬密封條的局面;
3.利用密封條有限元模型進行最小閉合力及最小閉合速度計算,在得到計算值的同時也可以看到車門的閉合過程,這樣就可以完整地考察密封條的壓縮情況以及密封條壓縮后和鈑金的接觸情況,這些信息對於後期密封條的優化設計等都有很重要的作用;
4.通過這種方法可以較為完整有效地對車門的閉合效果進行評價,最為重要的就是將這個評價過程提前到了產品設計和樣件製作之前,大大節約了成本。

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