汽車(chē)車(chē)門(mén)有限元分析設(shè)計(jì),汽車(chē),車(chē)門(mén),有限元分析,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 汽車(chē)車(chē)門(mén)有限元分析 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目 錄 1緒論 1 1.1 本課題的研究背景及其意義 1 1.2 課題研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1 1.3課題研究?jī)?nèi)容 2 2 有限元法分析理論基礎(chǔ)和相關(guān)軟件簡(jiǎn)介 3 2.1 有限元基本理論概述 3 2.2 有限元分析軟件ANSYS簡(jiǎn)介 3 3 PROE軟件的介紹及車(chē)門(mén)建模過(guò)程 5 3.1 PROE軟件的發(fā)展及應(yīng)用簡(jiǎn)介 5 3.2使用PROE軟件建立車(chē)門(mén)模型 5 4 基于ANSYS的車(chē)門(mén)有限元分析 9 4.1車(chē)門(mén)模型的扭轉(zhuǎn)剛分析 10 4.2車(chē)門(mén)模型的表面剛度分析 17 4.3車(chē)門(mén)模型的下沉剛度分析 22 5 結(jié)論與展望 27 參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 汽車(chē)車(chē)門(mén)有限元分析 摘要 課題介紹了一套對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行有限元分析的解決方案。其中，主要介紹了轎車(chē)車(chē)門(mén)的靜力學(xué)分析，包括：扭轉(zhuǎn)剛度分析、表面剛度分析和下沉剛度分析。首先介紹了現(xiàn)代轎車(chē)前車(chē)門(mén)普遍采用的結(jié)構(gòu)和車(chē)門(mén)門(mén)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法；然后描述了在PROE中的建模過(guò)程；最后對(duì)車(chē)門(mén)模型進(jìn)行了三項(xiàng)靜力學(xué)分析，從而得出能夠檢驗(yàn)該簡(jiǎn)化車(chē)門(mén)的結(jié)果和數(shù)據(jù)，來(lái)檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)是否合理可靠以及是否滿足三個(gè)靜態(tài)剛度的要求，從而使車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)更加合乎實(shí)際。 關(guān)鍵詞：車(chē)門(mén)；有限元；靜力；剛度；分析；PROE Abstract Finite Element Analysis of A Car Door Based on ANSYS Abstract This paper suggests a solution of the FEA of a car door assembly.It mainly presents several static analyses of a car door using finite element methed.The analyses include: Anti-droop Stiffness Analysis,Anti-rotation Stiffness Analysis and Surface Stiffness Analysis. First,it describes the widely-used structure of a front door of a car and the method to simplify it.Then,it suggests the steps to build a model in PROE.Finally,three static analyses are conducted,from which phenomena and data are obtained.The rationality and stability of the simplified model are tested though the analyses.So it can provide methods and references of the optimization of a car door structure. Keywords:Car door;Finite element;Static;Analysis;PROE III 第1 章 緒論 1緒論 1.1 本課題的研究背景及其意義 本文研究的目標(biāo)在于探索出一套對(duì)車(chē)門(mén)裝配體進(jìn)行有限元分析的解決方案。文中，首先簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)代轎車(chē)前車(chē)門(mén)普遍采用的結(jié)構(gòu)和車(chē)門(mén)門(mén)體的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化方法；然后描述了在PROE中的建模過(guò)程；最后對(duì)車(chē)門(mén)模型進(jìn)行了三項(xiàng)靜力學(xué)分析，從而得出能夠檢驗(yàn)該簡(jiǎn)化車(chē)門(mén)的結(jié)果和數(shù)據(jù)，來(lái)檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)是否合理可靠以及是否滿足三個(gè)靜態(tài)剛度的要求，從而使車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)更加合乎實(shí)際，更安全。 現(xiàn)在，主流的做法是在其它軟件中建好車(chē)門(mén)簡(jiǎn)化模型，再將模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是建模速度快，本文嘗試在PROE中建立簡(jiǎn)化模型并導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析，獲得了成功。 1.2 課題研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前，用FEA對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行靜力學(xué)分析的項(xiàng)目主要有： (1)在扭矩作用下，進(jìn)行車(chē)門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度分析，得出車(chē)門(mén)的變形情況是否合理。 (2)在力的作用下，進(jìn)行表面剛度分析，了解外板的抗壓能力是否足夠。 (3)模擬一定場(chǎng)合下的碰撞，在較大靜載荷作用下，從車(chē)門(mén)的變形特性圖來(lái)判斷車(chē)門(mén)的變形對(duì)乘員的生存空間有沒(méi)有構(gòu)成威脅。 以上所有分析的項(xiàng)目確定了能夠檢驗(yàn)該簡(jiǎn)化車(chē)門(mén)的結(jié)果和數(shù)據(jù)，來(lái)檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)是否合理可靠以及是否滿足靜態(tài)剛度的要求，從而使車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)更加合乎實(shí)際情況。 在我國(guó)的車(chē)身設(shè)計(jì)行業(yè)中，一般都是先應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行車(chē)身結(jié)構(gòu)建模，再導(dǎo)入分析軟件中分析，以便對(duì)車(chē)身的強(qiáng)度、應(yīng)變、剛度、振動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行分析。雖然我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)在不斷進(jìn)步，但是在車(chē)門(mén)剛度方面的研究項(xiàng)目幾乎為零，國(guó)內(nèi)主要考慮的是如何將車(chē)門(mén)上的部件布置合理的問(wèn)題。在CAE技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷地完善發(fā)展之后，用這種方法來(lái)研究車(chē)門(mén)的剛度問(wèn)題變得越來(lái)越受歡迎。話說(shuō)回來(lái)，CAE分析只是仿照車(chē)門(mén)的實(shí)際工作情況進(jìn)行模擬，有許多不能完全符合實(shí)際工作情況的邊界條件被設(shè)置為趨于合理，只有最后通過(guò)實(shí)際車(chē)門(mén)的實(shí)際工況表現(xiàn)來(lái)檢驗(yàn)分析結(jié)果是不是正確。但國(guó)內(nèi)驗(yàn)證車(chē)門(mén)剛度的手法和經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足，而且關(guān)于這方面的資料少之又少，再加上沒(méi)有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝備，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)只是基于CAE計(jì)算分析結(jié)果給出結(jié)論，并沒(méi)有進(jìn)行車(chē)門(mén)剛度實(shí)際工況的測(cè)試檢驗(yàn)，所以說(shuō)得出的結(jié)論和實(shí)際情況還是有很大偏差的。 在國(guó)外對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候，國(guó)外不像國(guó)內(nèi)一樣只是對(duì)車(chē)門(mén)的的結(jié)構(gòu)應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析直接得出結(jié)論，而是通過(guò)添加一定試驗(yàn)載荷來(lái)驗(yàn)證車(chē)門(mén)剛度是否合理。用CAE對(duì)車(chē)門(mén)的剛度進(jìn)行的分析是在汽車(chē)車(chē)身部件開(kāi)發(fā)的時(shí)候，在嘗試制作的部件沒(méi)有完成之前采用的方法，等到了后面的DV和PV階段才能對(duì)車(chē)門(mén)剛度做實(shí)際工況下的實(shí)驗(yàn)。這兩方面共同參考分析，最終以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷車(chē)門(mén)剛度。 1.3課題研究?jī)?nèi)容 本課題研究了一套在有限元軟件中分析車(chē)門(mén)三個(gè)剛度的方法，并得出了自己的結(jié)論，針對(duì)結(jié)論給出了一些優(yōu)化建議。首先是確認(rèn)好車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)，然后在Proe中繪制出車(chē)門(mén)的簡(jiǎn)化模型，導(dǎo)入ANSYS軟件中，利用有限元分析方法分析了扭轉(zhuǎn)剛度、表面剛度和下沉剛度三個(gè)剛度，最后取得了成果。 4 第2章 有限元分析理論基礎(chǔ)和相關(guān)軟件簡(jiǎn)介 2 有限元法分析理論基礎(chǔ)和相關(guān)軟件簡(jiǎn)介 2.1 有限元基本理論概述 有限元法是解決工程實(shí)際問(wèn)題的一種有力的數(shù)據(jù)計(jì)算工具，是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值算法。 有限元分析方法是目前CAE工程分析系統(tǒng)中使用的最多的，它具有很強(qiáng)的計(jì)算分析的性能作用，在眾多的行業(yè)領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。 在實(shí)際問(wèn)題求解當(dāng)中，由于其材料特性、幾何形狀和外部載荷的不規(guī)則性，使得解析很困難，但是建立基本方程和邊界條件還是比較容易的。所以，找到一種近似求解的方法成為了一時(shí)之需。在經(jīng)過(guò)科學(xué)家們一代一代的辛苦付出之后，找出了很多種近似求解的方法，在這些方法里常用的是有限元法和差分法。 有限元法由于單元分割的節(jié)點(diǎn)的形狀和大小可以由我們來(lái)控制其形成，所以無(wú)論什么樣的形狀、何種材料和任何繁復(fù)的邊界條件，這種方法都能用。另外，一些大型的軟件可以支持這種有限元法，它已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，是一種實(shí)用而又多元化的數(shù)值計(jì)算方法。 差分法將求解區(qū)域差分為許多網(wǎng)格，這些網(wǎng)格上點(diǎn)的近似值可以由基本方程給出。但是差分法這種方法并不像有限元法一樣適用于任何形狀、材料、和邊界條件。 以前飛機(jī)構(gòu)造里面的應(yīng)力是應(yīng)用有限元這種方法來(lái)分析求解的，它是一種多種理論特性結(jié)合的數(shù)值分析技術(shù)?，F(xiàn)在這一方法的實(shí)用高效的性能明顯體現(xiàn)出來(lái)，在很多行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為了一種通用的方法。目前，它的應(yīng)用已經(jīng)更多的出現(xiàn)在許多學(xué)科交匯的領(lǐng)域和一些實(shí)際的現(xiàn)實(shí)工程中。 2.2 有限元分析軟件ANSYS簡(jiǎn)介 ANSYS 軟件開(kāi)發(fā)了與著名軟件Proe（例如CAD、UniGraphics、IDEAS和Bentley等）直接對(duì)接的端口，能夠允許雙向的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換，從而提高了工程師解決問(wèn)題的效率，降低了他們的工作量。用戶可以在PROE或者CAD軟件中對(duì)零部件設(shè)計(jì)完之后，能很輕松的將建好的零部件圖形導(dǎo)入到有限元軟件中，對(duì)其進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分，最后經(jīng)過(guò)一系列的分析計(jì)算得出結(jié)論，能夠及時(shí)更改設(shè)計(jì)中的不足，提高工作效率。 有限元分析方法求解問(wèn)題主要包括三個(gè)部分：有限元法近似求解、計(jì)算結(jié)果的后處理、分析對(duì)象的離散化三部分。網(wǎng)格經(jīng)過(guò)離散之后，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接影響到求解問(wèn)題需要多長(zhǎng)時(shí)間及結(jié)果是否正確。分割成的六面體網(wǎng)格往往可以得到更加有效真實(shí)的模型結(jié)果，另外，在許多工程問(wèn)題求解過(guò)程中，如果模型它的單元變形較大，一定要對(duì)它重新劃分好網(wǎng)格再分析進(jìn)行。ANSYS對(duì)體單元處理能力的非常強(qiáng)大，它的網(wǎng)格劃分有自動(dòng)適應(yīng)的技術(shù)，這一優(yōu)勢(shì)使其在實(shí)際科研工作當(dāng)中得到廣泛的使用，很受用戶歡迎。 在科學(xué)技術(shù)飛快發(fā)展的今天，對(duì)各行各業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行線性分析并求解，這一理論已經(jīng)不能提供更好的實(shí)用效果，這時(shí)候進(jìn)行非線性分析求解變得非常重要。 有限元分析方法一開(kāi)始是為了解決航天問(wèn)題，它對(duì)線性求解問(wèn)題有著很好的效果，這一種數(shù)值分析方法長(zhǎng)期以來(lái)也得到了有效的證明。如果我們可以把離散求解對(duì)象的單元格分割的在一定小的范圍內(nèi)，最后所得到的這個(gè)解就會(huì)無(wú)限趨近真實(shí)的數(shù)值，這一點(diǎn)在理論上已經(jīng)得到證明?，F(xiàn)在求解結(jié)構(gòu)線性問(wèn)題的發(fā)展方向是流體動(dòng)力、結(jié)構(gòu)非線性和耦合場(chǎng)問(wèn)題的求解，并且求解這一問(wèn)題的有限元方法和軟件已經(jīng)成熟。 ANSYS投入了大量的資金來(lái)增多軟件的功能，提高它的易用性，這些都是為了使廣大用戶的需求得到很好的滿足，但是每個(gè)使用者的想法和要求都是不一樣的，所以不管他們付出多大的努力也不可能使所有使用者的想法和要求得到極大的滿足，這時(shí)候給使用者提供一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境是一定要有的，使用者可以自己根據(jù)自己的實(shí)際情況擴(kuò)充軟件。有限元軟件的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境能夠?yàn)椴煌氖褂谜咛峁M意的服務(wù)。 工程師們能夠在ANSYS軟件中建立任何種類(lèi)、難易不同的模型，還可以將模型在自己設(shè)想的情形下進(jìn)行模擬分析，這樣就可以把設(shè)計(jì)做的更好，使評(píng)估設(shè)計(jì)的合理性更有效，使現(xiàn)實(shí)檢驗(yàn)的投資資金大大減少，把整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間減少，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和經(jīng)濟(jì)效益。 第3 章 PROE軟件的介紹及車(chē)門(mén)建模過(guò)程 3 PROE軟件的介紹及車(chē)門(mén)建模過(guò)程 3.1 PROE軟件的發(fā)展及應(yīng)用簡(jiǎn)介 Proe繪圖軟件是PTC旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。2010年10月29日，PTC?公司宣布，推出Croe?設(shè)計(jì)軟件。也就是說(shuō)Pro/E正式更名為Croe。 Proe是軟件包而不是一個(gè)模塊，它的功能可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行定義，對(duì)實(shí)體零件和組裝造型進(jìn)行三維上色，模型實(shí)體或者線框，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視角的展示(三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn))。Proe可以通過(guò)不同的設(shè)計(jì)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)造型的造型，也可以說(shuō)是一個(gè)具有定義功能的系統(tǒng)，其中包括:筋、凹槽、倒角和外殼等，工程師們應(yīng)用這種軟件建模更直觀逼真，不需要多么復(fù)雜的過(guò)程。 Proe軟件的兼容性能都是向下不向上兼容的，舊的版本是不能打開(kāi)新的版本的，但是新的版本就能夠直接打開(kāi)舊的版本里面的文件。 3.2使用PROE軟件建立車(chē)門(mén)模型 各種制圖軟件在現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)得到廣泛使用，各種主流軟件種類(lèi)繁多，Pro/E就是一個(gè)典型的例子。Pro/E是把理想變成現(xiàn)實(shí)的杰出工具，現(xiàn)在汽車(chē)以及汽車(chē)零部件的設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)它。同時(shí)，設(shè)計(jì)師可以將設(shè)計(jì)好的模型放入Pro/E軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，來(lái)更加直觀的感受所設(shè)計(jì)得零件的工作狀態(tài)。通過(guò)Pro/E設(shè)計(jì)出來(lái)的參數(shù)化的圖也能夠非常方便的導(dǎo)入帶其他的3D軟件中，能夠方便的進(jìn)行如受力分析（導(dǎo)入到ANSYS中）等其他方面的研究，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究工作起著越來(lái)越重要的作用。 3.2.1車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)化模型 1研究對(duì)象 本文的研究對(duì)象是現(xiàn)代轎車(chē)普遍采用的整體式車(chē)門(mén)，前門(mén)門(mén)體。簡(jiǎn)化的車(chē)門(mén)模型是一種假設(shè)，對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行基于ANSYS的有限元分析，從而得一些現(xiàn)象和結(jié)論，來(lái)判斷簡(jiǎn)化車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)是否可靠、合理以及是否具有良好的性能，使車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，更加實(shí)用。 2簡(jiǎn)化原則和步驟 原則： (1)將建立簡(jiǎn)化模型的復(fù)雜程度盡量減?。? (2)不能使模型的結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生改變。 步驟： （1）把對(duì)機(jī)構(gòu)剛度影響不大的部件去除，減少的重量用施加的力補(bǔ)上。 （2）簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 3車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)化模型（著重介紹與研究?jī)?nèi)容有關(guān)的結(jié)構(gòu)） 車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的組成：門(mén)體、車(chē)門(mén)附件和車(chē)門(mén)內(nèi)飾件。 門(mén)體包括：內(nèi)板、外板、抗側(cè)撞梁、門(mén)框等。 這里由于門(mén)框?qū)ξ覀兯芯績(jī)?nèi)容沒(méi)有多大影響，所以略去簡(jiǎn)化描述。 車(chē)門(mén)的簡(jiǎn)化模型的建立 (1)車(chē)門(mén)外板的建立 作用和要求：外形和制造的表面質(zhì)量必須符合車(chē)身造型的要求；輕量化和側(cè)面碰撞安全性又要求車(chē)門(mén)外板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。 材料和制造：由厚度為0.65～0.85mm的薄鋼板沖壓成形。 簡(jiǎn)化：采用厚度為2mm碳鋼板。 草繪出車(chē)門(mén)平面幾何尺寸→創(chuàng)基面→拉伸形成車(chē)門(mén)體模型去除窗戶等材料→倒圓角→裝配→染色。畫(huà)好之后的模型如圖3-1所示。 圖3-1車(chē)門(mén)外板 (2)車(chē)門(mén)內(nèi)板的建立 作用和要求：內(nèi)板幾乎是所有車(chē)門(mén)附件的安裝體，是車(chē)門(mén)的重要支撐板件。為了保證車(chē)門(mén)附件安裝位置的精度要求和車(chē)門(mén)周邊的密封間隙要求，車(chē)門(mén)內(nèi)板應(yīng)具有足夠的剛度。 材料和制造：一般采用0.7～0.85mm的薄鋼板拉深成形。內(nèi)板周邊需沖壓出凸邊、加強(qiáng)肋或使用加強(qiáng)板焊于母板上。 車(chē)門(mén)簡(jiǎn)化如下： 內(nèi)板J平面上需沖壓出各種形狀的凸臺(tái)、窩穴、手孔和安裝孔等。較大的孔一般會(huì)安裝上其他裝置，剛度并沒(méi)有因?yàn)殚_(kāi)孔降低很多，所以這里，直接將孔除去，為了加強(qiáng)J面的剛度，做了一個(gè)內(nèi)凹。 采用厚度為1mm碳鋼板。簡(jiǎn)化后的內(nèi)板如圖3-2所示。 圖3-2車(chē)門(mén)內(nèi)板 (3)防撞梁 作用和要求：現(xiàn)代轎車(chē)對(duì)于抗側(cè)撞性能的要求。 材料和制造：可以是圓管，也可以是高剛度鋼板沖壓成形的異型截面梁，截面厚度在33～36mm。兩端通過(guò)鏈接件焊接在門(mén)內(nèi)板上。 簡(jiǎn)化： 采用厚度為2mm的碳鋼板沖壓而成，采用異型截面，焊接在內(nèi)板上，。 防撞梁的建立更為簡(jiǎn)單，只需草繪出截面形狀進(jìn)行拉伸即可。繪制好的防撞梁如圖3-3所示。 圖3-3 防撞梁 (4)裝配 1、主要裝配約束 （1）匹配（Mate）約束； （2）對(duì)齊（Align）約束可以使兩條軸線位于同一軸上，或者使兩個(gè)點(diǎn)重合等特點(diǎn)； （3）插入（Insert）約束。 2、裝配模型的一般創(chuàng)建過(guò)程 （1）新建裝配文件 選擇新建文件→單擊類(lèi)型中組件按鈕→缺省。 （2）裝配第一個(gè)零件 選擇下拉菜單插入→元件原件→裝配裝配命令。完成第一個(gè)零件的導(dǎo)入。 （3）裝配第二個(gè)零件 ①引入第二個(gè)零件同上一步引入要裝配的第二個(gè)零件。 ②放置第二個(gè)零件前的準(zhǔn)備。 裝配好的車(chē)門(mén)簡(jiǎn)化模型如圖3-4所示。 圖3-4 車(chē)門(mén)簡(jiǎn)化模型 26 第4章 基于ANSYS的車(chē)門(mén)有限元分析 4 基于ANSYS的車(chē)門(mén)有限元分析 我們所說(shuō)的剛度是用施加的載荷和承受這個(gè)載荷之后該物體發(fā)生的變形量之間的關(guān)系來(lái)衡量的。如果在同等的載荷下，物體發(fā)生的變形量較大的話說(shuō)明剛度較差，相反，則說(shuō)明剛度較好。 車(chē)門(mén)自身的剛度是作為車(chē)身剛度的一種存在，車(chē)門(mén)的剛度是指車(chē)門(mén)在常年的使用中其在承受不同的工況載荷下抵抗變形的能力，是用車(chē)門(mén)所承受的載荷的大小和承受該載荷后車(chē)門(mén)的變形量之間的關(guān)系來(lái)判斷的。 這里講的車(chē)門(mén)靜剛度是指車(chē)門(mén)在收到靜態(tài)的載荷作用下抵抗變形的一種能力。按照車(chē)門(mén)所承受的靜態(tài)載荷的不同，可以分為以下幾個(gè)剛度。 （1）車(chē)門(mén)下沉剛度 將車(chē)門(mén)打開(kāi)之后，車(chē)門(mén)在自然重力下表現(xiàn)出來(lái)的抵抗下沉變形的能力。 （2）車(chē)門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度 將車(chē)門(mén)打開(kāi)之后，車(chē)門(mén)在承受一定的扭矩載荷作用下抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。 （3）車(chē)門(mén)表面靜剛度 汽車(chē)車(chē)門(mén)的外板、發(fā)動(dòng)機(jī)的罩蓋等部件的表面是平整的，這些表面的剛度必須要合理。車(chē)門(mén)外板的軟感由載荷和變形曲線的斜度來(lái)判斷，鼓癟感是以曲線平移的時(shí)候載荷和變形量的關(guān)系來(lái)評(píng)判的。 （4）車(chē)門(mén)側(cè)向剛度 車(chē)門(mén)關(guān)上之后，將帶車(chē)門(mén)鉸鏈的車(chē)門(mén)放到試驗(yàn)臺(tái)上，找一物件固定車(chē)門(mén)的另一端，然后在車(chē)門(mén)鎖側(cè)車(chē)門(mén)的上部給與以側(cè)向的力，測(cè)量受力的地方沿著載荷方向的變形，這個(gè)時(shí)候車(chē)門(mén)的側(cè)向剛度可以用系統(tǒng)承受側(cè)向的載荷時(shí)抵抗變形的能力來(lái)衡量。 前面我們知道剛度是由載荷與變形之間的關(guān)系確定的，要是車(chē)門(mén)沒(méi)有足夠的剛度，在其受到載荷沖擊時(shí)產(chǎn)生的變形會(huì)很大。如果說(shuō)車(chē)輛突然的碰撞，沒(méi)有足夠剛度的車(chē)門(mén)會(huì)產(chǎn)生較大的變形，對(duì)駕乘人員的生存空間很不利，除此之外，如果車(chē)門(mén)沒(méi)有具有足夠的剛度的話會(huì)導(dǎo)致車(chē)門(mén)出現(xiàn)下沉，導(dǎo)致諸多部件功能受損，比如車(chē)門(mén)鎖、升降器等，車(chē)門(mén)鎖鎖不上和升降器功能失效，這些對(duì)乘員的安全都會(huì)造成極大的危害。 車(chē)門(mén)剛度不足的話會(huì)使車(chē)門(mén)出現(xiàn)下降，使汽車(chē)的密封性能受到不好的影響，無(wú)論是水密封不好出現(xiàn)的車(chē)門(mén)進(jìn)水，還是氣密封不好出現(xiàn)的車(chē)門(mén)漏風(fēng)，都會(huì)大大降低汽車(chē)的保溫和隔熱的性能，從而影響汽車(chē)乘坐的舒適性。另一方面，車(chē)門(mén)如果不具有足夠的剛度，會(huì)產(chǎn)生各種噪聲，這些噪聲都將對(duì)汽車(chē)的乘坐舒適性造成很大影響。 剛度性能是通過(guò)載荷與變形的關(guān)系來(lái)確定的，由于車(chē)門(mén)是由很多塊薄的板沖壓焊接成型的，它擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和很大的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)殼體又是密封的，受力的話會(huì)產(chǎn)生變形。那么車(chē)門(mén)的剛度不僅與它的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與這個(gè)車(chē)門(mén)選用的材料有關(guān)。車(chē)門(mén)零件沒(méi)有足夠的穩(wěn)定尺寸，加上復(fù)雜的裝備過(guò)程以及在焊接的時(shí)候出現(xiàn)的錯(cuò)位等都會(huì)對(duì)車(chē)門(mén)剛度造成影響，因此說(shuō)，車(chē)門(mén)的結(jié)構(gòu)、選用的材料、制造的工藝過(guò)程、車(chē)門(mén)的重量等都對(duì)車(chē)門(mén)剛度有影響。 將在Proe中建好的三維簡(jiǎn)化模型導(dǎo)入到ANSYS軟件進(jìn)行仿真分析。 4.1車(chē)門(mén)模型的扭轉(zhuǎn)剛分析 4.1.1實(shí)驗(yàn)描述 雖然，添加重力影響更加符合現(xiàn)實(shí)情形，但是，在這個(gè)分析中，為了得到車(chē)門(mén)完全因?yàn)榕ちΧl(fā)生的變形，將重力因素除去了。這里的變形將完全由扭力引起，可以反映車(chē)門(mén)抵抗扭矩的能力。 在原有模型的基礎(chǔ)上，刪除上下鉸鏈體，并重新劃分網(wǎng)格，單元數(shù)：410733，節(jié)點(diǎn)數(shù)：139084。 在門(mén)體上連接鉸鏈的面上施加約束D1，全部約束，如圖4-1 C處所示。 在A和B處施加一對(duì)大小相等、方向相反的力F1和F2，以模擬扭轉(zhuǎn)情形，如圖4-1～圖4-3所示。 做6個(gè)實(shí)驗(yàn)，分兩種扭轉(zhuǎn)方向，順時(shí)針扭轉(zhuǎn)（實(shí)驗(yàn)4-1～實(shí)驗(yàn)4-3）和逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)（實(shí)驗(yàn)4-4～實(shí)驗(yàn)4-6），分別如圖4-2和圖4-3所示。其中，每一類(lèi)實(shí)驗(yàn)中F1和F2的值逐步增大，觀察變形情況。 圖4-1 模擬扭轉(zhuǎn) 圖4-2 順時(shí)針扭轉(zhuǎn) 圖4-3逆時(shí)針扭轉(zhuǎn) 4.1.2實(shí)驗(yàn)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表4-1～表4-6。(以下圖表中單位均為KN，+號(hào)代表順時(shí)針?lè)较颍?hào)代表逆時(shí)針?lè)较? 表4-1 實(shí)驗(yàn)4-1參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 -5×9.8 F2 5×9.8 表4-2 實(shí)驗(yàn)4-2參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 -10×9.8 F2 10×9.8 表4-3 實(shí)驗(yàn)4-3參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 -20×9.8 F2 20×9.8 表4-4 實(shí)驗(yàn)4-4參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 5×9.8 F2 -5×9.8 表4-5 實(shí)驗(yàn)4-5參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 10×9.8 F2 -10×9.8 表4-6 實(shí)驗(yàn)4-6參數(shù) 約束載荷 數(shù)值 F1 20×9.8 F2 -20×9.8 4.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 點(diǎn)擊General Postproc>Plot Results>Deformed Shape，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“def + undef edge”（或者使用“pldisp,2”命令）來(lái)顯示帶原模型輪廓線的變形圖。圖4-4～圖4-6反映的是順時(shí)針扭轉(zhuǎn)的車(chē)門(mén)變形。圖4-7～圖4-9反映的是逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)的車(chē)門(mén)變形。 點(diǎn)擊General Postproc>List Results>Nodal Solution，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“Displacement vector sum”（或者使用“prnsol,u,comp”命令）列表顯示所有節(jié)點(diǎn)的位移量，查得A和B所在位置的節(jié)點(diǎn)號(hào)，然后在列表中查得A和B的位移量。表4-7～表4-12列出了6個(gè)實(shí)驗(yàn)中，A和B的位移。 圖4-4 整體視圖 圖4-5 A處放大圖 圖4-6 B處放大圖 表4-7實(shí)驗(yàn)4-1中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A -0.25476E-03 -0.54564E-04 0.18815E-05 0.26054E-03 B 0.56081E-04 -0.10567E-04 -0.12688E-05 0.57082E-04 表4-8實(shí)驗(yàn)4-2中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A -0.50951E-03 -0.10913E-03 0.37630E-05 0.52108E-03 B 0.11216E-03 -0.21134E-04 -0.25376E-05 0.11416E-03 表4-9實(shí)驗(yàn)4-3中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A -0.10190E-02 -0.21826E-03 0.75259E-05 0.10422E-02 B 0.22433E-03 -0.42268E-04 -0.50752E-05 0.22833E-03 圖4-7整體視圖 圖4-8 A處放大圖 圖4-9 B處放大圖 表4-10實(shí)驗(yàn)4-4中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A 0.25476E-03 0.54564E-04 -0.18815E-05 0.26054E-03 B -0.56081E-04 0.10567E-04 0.12688E-05 0.57082E-04 表4-11實(shí)驗(yàn)4-5中A1和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A 0.50951E-03 0.10913E-03 -0.37630E-05 0.52108E-03 B -0.11216E-03 0.21134E-04 0.25376E-05 0.11416E-03 表4-12實(shí)驗(yàn)4-6中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A 0.10190E-02 0.21826E-03 -0.75259E-05 0.10422E-02 B -0.22433E-03 0.42268E-04 0.50752E-05 0.22833E-03 4.1.4結(jié)果分析 將順時(shí)針實(shí)驗(yàn)和逆時(shí)針實(shí)驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)（表4-7～表4-12）進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)此車(chē)門(mén)模型抵抗逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)的能力與抵抗順時(shí)針扭轉(zhuǎn)能力完全相同，這也與事實(shí)相符。 從順時(shí)針實(shí)驗(yàn)的3個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，A和B的橫向位移都在2mm以內(nèi)（見(jiàn)表4-7～表4-9），抗扭轉(zhuǎn)的性能較好。 4.1.5優(yōu)化方案 該車(chē)門(mén)模型的抗扭轉(zhuǎn)性能較好，這里不再給出優(yōu)化方案。 4.2車(chē)門(mén)模型的表面剛度分析 4.2.1實(shí)驗(yàn)描述 當(dāng)用手觸壓車(chē)門(mén)外板時(shí)，如果較小的力也會(huì)產(chǎn)生撓曲，給人以柔軟感和鼓癟感，會(huì)讓人感覺(jué)車(chē)的品質(zhì)較差；而相反地，如果表面剛度較好，在手的觸壓下，變形較小，則會(huì)讓人感覺(jué)車(chē)的品質(zhì)較好。在本實(shí)驗(yàn)中，車(chē)門(mén)外板中心位置承受壓力，導(dǎo)致外板變形，從而了解外板的變形量是否在允許的范圍內(nèi)。 在外板上分割出一個(gè)直徑為d的圓形面如圖4-10所示，用以施加壓力，然后重新劃分網(wǎng)格。劃分單元后的模型如圖4-11所示，其中，單元數(shù)：398347；節(jié)點(diǎn)數(shù)：134880。 圖4-10 分割圓形截面 圖4-11 劃分單元模型 在外板輪廓邊緣的四個(gè)面上添加四個(gè)約束D2、D3、D4、D5，x方向約束，如圖4-12所示。 在車(chē)門(mén)腔體的底面上施加約束D1，y方向約束，用以限制y方向上的位移，如圖4-13所示。 在小圓面上施加的壓力載荷P如圖4-14所示。 圖4-12 x方向約束 圖4-13 y方向約束 圖4-14 施加壓力載荷p 4.2.2實(shí)驗(yàn)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表4-13。 表4-13 實(shí)驗(yàn)4-7參數(shù) d 0.04 D2,D3,D4,D5 ux ,D1 uy D6 uz P 40*9.8/(3.14*0.02*0.02) 4.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1變形特性 點(diǎn)擊Genral Postproc>Plot Results>Deformd Shape，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“def + undef edge”（或者使用“pldisp,2”命令）來(lái)顯示帶原模型輪廓線的變形圖（如圖4-15所示）。 圖4-15 車(chē)門(mén)外側(cè)視圖 點(diǎn)擊Genral Postproc>List Results>Nodl Solution，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“X- Component of displacement”（或者使用“prnsol,u,x”命令）列表顯示所有節(jié)點(diǎn)x方向上的位移量，查得x方向上的最大位移量為-0.65985E-04，即0.065985mm。 點(diǎn)擊Genral Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodl Solu，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“X-Component of displacement”（或者使用“plnsol,u,x”命令）來(lái)顯示x方向位移分布圖（見(jiàn)圖4-16）。注意：數(shù)值越小則向內(nèi)的位移越大，因?yàn)橄騼?nèi)的位移為負(fù)值。 圖4-16 x方向位移分布圖 2應(yīng)力分布 點(diǎn)擊General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“von mises stress”（或者使用“plnsol,s,eqv”命令）來(lái)顯示馮·米塞斯應(yīng)力分布圖（如圖4-17所示）。 圖4-17 應(yīng)力分布 4.2.4結(jié)果分析 在壓力P的作用下，x方向上的最大位移量為-0.65985E-04，（負(fù)號(hào)代表位移方向是偏向車(chē)門(mén)內(nèi)側(cè)的。）即0.065985mm，小于1mm，證明車(chē)門(mén)外板的表面剛度較好。 4.2.5、優(yōu)化方案 該車(chē)門(mén)外板的表面剛度較好，這里不再給出優(yōu)化方案。 4.3車(chē)門(mén)模型的下沉剛度分析 4.3.1實(shí)驗(yàn)描述 車(chē)門(mén)最后端的兩個(gè)頂點(diǎn)A和B在下沉中有較大的位移，對(duì)下沉剛度的情況有較好的反饋，所以選取這兩個(gè)點(diǎn)作為參考對(duì)象。 車(chē)門(mén)最后端上頂點(diǎn)A，車(chē)門(mén)最后端下頂點(diǎn)B，如圖4-1中所示。 實(shí)驗(yàn)描述 實(shí)驗(yàn)4-8對(duì)車(chē)門(mén)下沉情況的分析是在自然重力作用下進(jìn)行的。 將車(chē)門(mén)打開(kāi)α角度。 在上、下鉸鏈上連接車(chē)身的面上添加四個(gè)約束D2、D3、D4、D5，全部約束，如圖4-18所示。 圖4-18 施加全部約束 為了補(bǔ)充車(chē)門(mén)其他附件的重量，在內(nèi)板腔室底部施加一定壓力P，如圖4-19所示。 圖4-19 內(nèi)板底部施加壓力 4.3.2實(shí)驗(yàn)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表4-14（車(chē)門(mén)最大開(kāi)度為65度至70度之間。） 表4-14 實(shí)驗(yàn)4-8參數(shù) α 66 D2、D3、D4、D5 all P 10×9.8/0.0907 a 9.8 4.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1變形特性 點(diǎn)擊Genral Postproc>Plot Results>Deformd Shape，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“def + undef edge”（或者使用“pldisp,2”命令）來(lái)顯示帶原模型輪廓線的變形圖。具體圖片不再給出。 為了了解車(chē)門(mén)下沉情況，我們考察A和B的位移量。點(diǎn)擊Genral Postproc>List Results>Nodl Solution，在接下來(lái)顯示的對(duì)話框中選擇“Displacment vector sum”（或者使用“prnsol,u,comp”命令）在列表中顯示所有節(jié)點(diǎn)的位移量，查得A和B所在位置的節(jié)點(diǎn)號(hào)，然后在列表中查得A和B的位移量（見(jiàn)表4-15）。其中車(chē)門(mén)下沉用y方向位移表示，車(chē)門(mén)橫向的變形用x方向和z方向的位移表示，總位移反映總體變形情況。 表4-15 實(shí)驗(yàn)4-8中A和B的位移量 部位 x方向位移 y方向位移 z方向位移 總位移 A -0.10419E-01 -0.11482E-01 -0.78767E-02 0.17387E-01 B 0.43187E-02 -0.82145E-02 0.28253E-02 0.97162E-02 點(diǎn)擊Genral Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“Y-Component of displacement”（或者使用“plnsol,u,y”命令）來(lái)顯示Y方向位移分布圖（見(jiàn)圖4-20）， 圖4-20 y方向位移分布圖 2應(yīng)力分布 點(diǎn)擊Genral Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodl Solu，在接下來(lái)的對(duì)話框中選擇“von mises stress”（或者使用“plnsol,s,eqv”命令）來(lái)顯示馮·米塞斯應(yīng)力分布圖。車(chē)門(mén)整體和各零件的應(yīng)力分布如圖4-21～4-23所示。門(mén)體的位移對(duì)比如圖4-24和4-25所示。 圖4-21 門(mén)體應(yīng)力分布圖 圖4-22上鉸鏈應(yīng)力分布圖 圖4-23 下鉸鏈應(yīng)力分布圖 圖4-24 位移對(duì)比圖 圖4-25 位移對(duì)比圖 4.3.4結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)4-8中，A和B的下沉分別為1.1472cm和0.82245cm（見(jiàn)表4-15），這表明此車(chē)門(mén)模型的下沉剛度較差，因?yàn)閷?duì)于車(chē)門(mén)的下沉要求一般是小于2mm。 由y方向位移分布圖看出，在車(chē)門(mén)的模型中，上鉸鏈和下鉸鏈以及鉸鏈和車(chē)門(mén)鏈接的地方承受了很大的力，其他部位受到的力產(chǎn)生的變形較小，又由變形特性圖可以看出鉸鏈的變形程度較大。這表明，在載荷作用下，鉸鏈自身及其與車(chē)門(mén)的連接部位發(fā)生變形是導(dǎo)致車(chē)門(mén)下垂的主要原因。 4.3.5針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出優(yōu)化方案 (1)提高與車(chē)門(mén)鏈接的鉸鏈鑄件強(qiáng)度來(lái)減少自身變形。 (2)可以將鉸鏈加強(qiáng)板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)增加車(chē)門(mén)連接部位的防變形能力。 (3)在鉸鏈合頁(yè)往車(chē)身上焊接的時(shí)候，可以將合頁(yè)提高一定的高度，能夠有效減小車(chē)門(mén)的自然下沉。 　　　　　　　　　 　　　　　參考文獻(xiàn) 5 結(jié)論與展望 (1)本文成功的對(duì)車(chē)門(mén)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，事先規(guī)劃好了內(nèi)容步驟和簡(jiǎn)化的原則，按著這個(gè)思路進(jìn)行，既使車(chē)門(mén)模型沒(méi)有了那么復(fù)雜的組成，又沒(méi)有引起車(chē)門(mén)剛度的變化，整個(gè)過(guò)程對(duì)車(chē)門(mén)的簡(jiǎn)化都是合理的。但是，本課題的車(chē)門(mén)簡(jiǎn)化方法僅適用于本課題特定的研究?jī)?nèi)容和情況，對(duì)車(chē)門(mén)的簡(jiǎn)化方法不能一概而論，要具體問(wèn)題具體分析。 (2)本文成功地對(duì)車(chē)門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行了分析。這一分析中，證明了此車(chē)門(mén)模型具有較好的扭轉(zhuǎn)剛度。本文對(duì)車(chē)門(mén)扭轉(zhuǎn)剛度的分析方法是行之有效的。 (3)本文成功地對(duì)車(chē)門(mén)表面剛度進(jìn)行了分析。這一分析中，證明了此車(chē)門(mén)外板具有較好的表面剛度。本文對(duì)車(chē)門(mén)表面剛度的分析方法是行之有效的。 (4) 本文成功地對(duì)車(chē)門(mén)下沉剛度進(jìn)行了分析。這一分析中，反映出了此車(chē)門(mén)模型下沉剛度所存在的問(wèn)題并提出了優(yōu)化方法。本文對(duì)車(chē)門(mén)下沉剛度的分析方法是行之有效的。 通過(guò)本次課題的研究我們看到了有限元方法的仿真分析對(duì)車(chē)門(mén)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)非常有幫助。在今后的車(chē)型項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中，大量使用有限元分析方法進(jìn)行汽車(chē)設(shè)計(jì)，不僅能大大提高開(kāi)發(fā)水平，還能做出更加可靠、合理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。未來(lái)汽車(chē)CAE分析朝著更細(xì)化、更復(fù)雜的方向發(fā)展，這樣的做出的設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)比之前的更加真實(shí)精確，其開(kāi)發(fā)的成本也會(huì)得到極大的降低。 總的來(lái)說(shuō)，安全可靠性是現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中永恒的追求，這就意味著車(chē)門(mén)要具有足夠的剛度和強(qiáng)度。而在車(chē)門(mén)設(shè)計(jì)過(guò)程中，有限元分析方法可以提供很強(qiáng)大的幫助，為車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考，使車(chē)門(mén)具有更高的安全可靠性。有限元方法的廣泛使用，不僅為無(wú)紙化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)做出了貢獻(xiàn)，而且必將推進(jìn)汽車(chē)結(jié)構(gòu)向著高強(qiáng)度、輕量化、高安全性的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn) [1] 智淑亞.《汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 [M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.11. 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[16] 王望予 《汽車(chē)設(shè)計(jì)》 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 2015. 29 　　　　　　　　　 　　　　　 致謝 致謝 時(shí)光荏苒，又是一年畢業(yè)季，在這個(gè)特別的時(shí)刻，我非常想說(shuō)，感謝這段時(shí)間以來(lái)智淑亞老師對(duì)我的支持和鼓勵(lì)幫助，由衷的感謝學(xué)校和老師對(duì)我大學(xué)四年的教育和栽培。我通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)初步掌握了一套較為科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹椒?，學(xué)習(xí)到了許多以前接觸不多的知識(shí)和方法，豐富了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)增強(qiáng)了自己獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力，收獲了很多很多。最后再次由衷的感謝學(xué)校和老師對(duì)我的諄諄教誨！ 禮致！ 29