全景天窗汽车车身刚度分析及优化设计(2)
2.4 扭转刚度计算结果分析
在建立车身有限元模型的基础上,通过设置车身扭转刚度的约束边界条件,计算得到该车身的扭转刚度变形图,如图3所示。
从图3白车身弯曲变形图可看出,在载荷的作用下该车身总体弯曲变形平顺,没有出现非常明显的变形突变,因此该车身弯曲刚度分配较合理。
图3 车身扭转刚度的位移云图Fig.3 Displacement nephogram of body torsional stiffness
2.5 车身刚度试验与仿真比较分析
A车型是指在原参考车型的基础上增加全景天窗的车型,参考车型是原型车,没有天窗的成熟车型。A车型在参考车型的基础上改造了顶盖,对顶盖、顶盖前后横梁进行了初步改造,增加了全景天窗,机舱、侧围、地板均为参考车型结构。
本文对A车型和无天窗参考车型分别进行了仿真及试验分析(见图4),其仿真与试验结果见表3。
图4 车身扭转刚度试验图Fig.4 Testing diagram of car body torsional stiffness
表3 扭转刚度试验与仿真结果对比Tab.3 Torsional rigidity test compared with the simulation results车型 扭转刚度仿真值/(N·m/(°))扭转刚度实验值/(N·m/(°)) 误差/%A 车型 7 676 8 235 6.79参考车型 15 834 17 450 9.26两种车型比值 0.485 0.472 —
由表3可知,对于A型车扭转刚度仿真值与试验值分别为7 676,8 235N·m/(°),试验与仿真误差为9.26%;对于无天窗参考车型扭转刚度仿真值与实验值分别是15 834,17 450N·m/(°),试验与仿真误差为6.79%;A型车与参考车型的仿真与试验扭转刚度比值分别为0.485,0.472,扭转刚度比值基本一致,A型车扭转刚度是参考车型扭转刚度的48%左右,试验结果略大于仿真值。由此可见,增加汽车天窗会使汽车的车身刚度大大降低。
要通过仿真和试验分析该全景天窗白车身开口的变形量,必须对车身前风挡及天窗开口处进行标记编号。
图5 车身前风挡及天窗位置的示意图Fig.5 Map of body front windshield and skylight
车身开口编号如图5所示。前风挡两对角线方向的变形量分别定义为A1,A2,车身顶盖天窗对角线方向变形量定义为E1,E2。在扭转工况下,对A车型前风挡及顶盖开口的变形量进行仿真与试验分析,并与无天窗的参考车型相比较,分析试验结果见表4。
表4 扭转工况下前风挡、顶盖开口的变形量仿真与试验结果Tab.4 Simulation and test results of deformation of front windshield and roof openings under the reverse condition mm前风挡窗框变形顶盖开口变形车型编号 仿真值/mm 试验值/mm 误差/%编号 仿真值/mm 试验值/mm 误差/%参 考 车 型 A1 4.41 4.56 3.27 E1 0.44 3.04 85.65 A2 4.47 3.93 -13.58 E2 0.42 3.86 89.24 A车型 A1 7.37 7.79 5.37 E1 17.19 15.46 -11.18 A2 7.12 7.85 9.36 E2 17.16 12.04 -42.57两种车型差值 △A1 2.96 3.23 8.33 △E1 16.75 12.42 34.86△A2 2.65 3.92 32.37 △E2 16.75 8.18 104.71
由表4可知,增加天窗后汽车车身扭转工况下的开口变形量明显变大,A车型相比参考车型,前风挡变形量 A1,A2分别增加了3.23,3.92(试验值),顶盖开变形量 E1,E2分别增加了12.42,8.18(试验值)。增加全景天窗使汽车扭转刚度大幅下降,开口变形量大幅上升,特别是顶盖开口处的变形量。为满足全景天窗车身设计的要求,必须对全景天窗汽车车身进行刚度优化,以满足设计要求。
3 全景天窗白车身刚度结构优化
对车身结构的改进和优化:1)AB柱采用热成型材料;2)地板侧围纵梁采用高强度滚压型材;3)优化顶盖前后横梁,增大截面;4)优化前后横梁接角,减少孔洞,增加连接点;5)改进水箱上横梁断面及截面形式。
优化后分析结果如下:弯曲刚度为12 959N/mm;扭转刚度为19 757.5N·m/(°);因天窗版采用全景天窗,BIP车身(注:BIP车身包括白车身、前风挡、顶盖玻璃、管梁、前后副车架,前后防撞梁)扭转刚度要求达到25 000N·m/(°),对BIP车身进行扭转刚度分析结果为26 448.4N·m/(°),可以满足设计要求。
4 结 论
本文建立了某全景天窗A型车的有限元仿真模型,对该车刚度进行仿真分析,同时利用试验条件,对该A型车及同类型无天窗参考车型进行刚度和开口处变形量试验测量,得到如下结论。
1)在载荷的作用下A型车车身总体弯曲变形平顺,没有出现非常明显的变形突变,因此该车身弯曲刚度分配较合理。
2)增加天窗后使汽车车身扭转刚度下降了52%,扭转刚度的试验和仿真结果基本一致。
3)A型车与参考车型比较,在顶盖开口与不开口两种状态下,前风挡与顶盖开口的变形量变化均很大,天窗对车身扭转刚度下的开口变形量影响很大。
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/qikandaodu/2021/0303/496.html
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