石少亮，曾霁，吴飞
湖南大学机械与运载工程学院；湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室
摘要：目前在汽车车门性能仿真中主要分析车门的刚度性能、自由模态以及抗凹性能。车门这些性能的好坏不仅影响车门系统与侧围之间的间隙与段差的控制，更直接影响到跟门系统相连接的车身部分零件的疲劳寿命。还会影响到车门的密封性能导致漏风漏水等问题，甚至会导致玻璃升降时窗框剧烈震动或无法升降。
本文用有限元方法借助HyperMesh 和RADIOSS对某乘用车的车门进行了仿真研究，并将结果与公司标准进行对比，仿真结果证明该车门的性能符合公司要求。该车门的样车顺利通过了车门的疲劳试验证明了仿真的可靠性。
关键词：车门刚度 自由模特 抗凹性 RADIOSS
1. 引言
近年来CAE技术在汽车开发中的应用，大大的缩短了汽车的开发周期，降低了开发成本。目前，随着汽车轻量化和经济性能的不断提高，汽车各零件的刚度性能难免有不同程度的降低。本文运用CAE技术完成了车门的性能仿真，证明了车门性能满足要求，甚至有很大的刚度富裕。
2. 车门有限元模型的建立
在HyperMesh中建立车门的有限元模型如图1。
其中车门钣金零件使用10mm划分2D网格。铰链则是受力关键部位，因此需要采用比较精细的单元，车身侧铰链厚度为5mm，车门侧铰链厚度为4mm，均采用实体单位进行网格划分，单元尺寸为2mm ，厚度方向划分3层单元。
对模型中的壳体四边形单元赋予CQUAD4类型，三角形单元赋予CTRIA3类型，实体六面体单元赋予CHEXA类型，五面体单元赋予CPENTA类型，四面体单元赋予CTETRA类型。
车门为多个零件组成的总成件，零件之间的连接方式的模拟对仿真精度有非常重要的影响。在车门系统中连接方式包括点焊、烧焊、粘胶、包边、螺栓连接等。本文中采用ACM单元模拟点焊，直径为4mm。采用刚性单元RBE2来模拟烧焊和螺栓连接。粘胶则通过零件之间利用Adhesive单元连接来模拟。
整个门系统包括有18个主要零件，零件序号和名称如图2和表1所示。
本文中的仿真分析均是线性静力学分析，因此只输入材料的线性属性。模型中采用了三种材料，分别是普通碳钢、ACM中实体单元材料、粘胶材料。普通碳钢的密度为7.85e-9ton/，弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3。粘胶材料密度为1.2e-9ton/，弹性模量为50MPa，泊松比为0.49。实际生产时点焊是用焊枪在零件某点加热烧熔，利用熔化的钢水将几个零件粘在一起，因此不增加额外的重量，故ACM实体单元材料的密度为0，弹性模型为210000MPa，泊松比为0.3。
3. 车门刚度分析
目前对车门的刚度分析中普遍采用7个刚度工况方法来分析车门的7种刚度，分别为下垂刚度、上扭刚度、下扭刚度、窗框中部刚度、窗框角部刚度、内板带线刚度、外板带线刚度。具体如下：
(1) 下垂工况
下垂刚度是最重要的一个评价指标。下垂刚度不仅影响车门系统与侧围之间的间隙与段差的控制，更直接影响到跟门系统相连接的车身部分零件的疲劳寿命。下垂刚度说明如图3。在车身侧铰链安装孔约束123456(放开铰链之间旋转自由度)，锁芯约束2，锁芯施加Z向800N的集中力，分析Z向变形。
