汽車內飾件用塑料掛鉤CAE模型的DOE分析方法

王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統有限公司，上海 201315)

汽車內飾件用塑料掛鉤CAE模型的DOE分析方法

王紅，周厚林

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統有限公司，上海 201315)

對汽車內飾用塑料掛鉤在CAE設計中的方法進行了研究，采用DOE試驗設計方法分析CAE模型中的產品設計要求(水平)與產品設計參數(因子)之間的關系，并通過響應曲線回歸獲得產品設計要求與設計參數之間的數學模型。所獲得的數學模型可以替代CAE分析進行快速計算，使整個產品開發周期縮短。該方法值得在以后汽車產品CAE過程中應用。

塑料掛鉤；安裝力；脫出力；DOE試驗設計方法；CAE分析

0 引言

當前，在汽車內飾件的安裝過程中，大量使用塑料掛鉤。在通過CAE(計算機輔助工程)對塑料掛鉤設計參數與安裝力和脫出力的關系進行研究過程中，針對所建立的簡化CAE分析模型，定義的重要設計參數通常包括掛鉤導入角、搭接寬度、支撐筋寬度3項設計參數(見圖1)。同時，所定義安裝力范圍為26～55 N，脫出力范圍為16～29 N?？傮w來說，所涉及的設計參數過多，且無法直觀獲得影響最大、最重要的設計參數。

基于此，在門內飾掛鉤設計過程中，在CAE分析時，采用DOE(試驗設計)的方法來進行試驗設計。此時的CAE分析方法也類似于為一種試驗方法，而DOE是對CAE分析進行試驗設計。

1 建立CAE分析模型

為建立較精確的分析模型，文中采用掛鉤角度為36°，支撐筋寬度為10 mm，搭接寬度 分別設為2、1.7和1.5 mm的樣品進行試驗，并用建立的CAE模型進行擬合和修正。實際樣品測試結果見表1。

表1 塑料掛鉤實際測量結果 N

基于表1的試驗結果，經過多次擬合和優化后的CAE模型計算結果與實物測試結果差距較小，可進行假設檢驗。

2 DOE試驗設計

在建立了CAE模型(見圖2)之后，對3項主要設計參數與安裝力及脫出力之間的關系進行DOE設計，采用2水平3因子分析矩陣，2水平分別為安裝力和脫出力，3因子分別為搭接寬度、導入角和支撐筋寬度。同時進行2水平3因子加中性點并補充面接CCD，最終獲得CAE計算數據見表2。

表2 3項主要設計參數與安裝力及脫出力的DOE設計

對CAE計算的安裝力和脫出力結果進行分析,結果顯示:部分因子P>0.05,不顯著。逐項刪除非顯著交互因子后，結果顯示導入角對安裝力和脫出力也都不顯著，即導入角因子P>0.05,不顯著且剩余的搭接寬度和支撐筋寬度兩項因子與響應之間呈二次方關系。

如上結果顯示，導入角的變化對安裝力和脫出力的影響不大，故在塑料掛鉤的設計中，可以采用較通用的導入角設計，不需要過多的關注和分析。

刪除導入角因子，重新對支撐筋寬度和搭接寬度與安裝力和脫出力進行響應曲面DOE設計。CAE計算數據見表3。

表3 2項主要設計參數與安裝力及脫出力的響應曲面DOE設計

續表3

對CAE計算的安裝力結果進行響應曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結果顯示P<0.05，顯著?？山惭b力分析模型，且模型可用。

如圖3，采用Minitab計算軟件對安裝力與搭接寬度和支撐面寬度進行響應面回歸計算，獲得門蓋掛鉤安裝力數學模型為：

式中：F1為門蓋掛鉤安裝力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

對CAE計算的脫出力結果進行響應曲面分析，部分交互作用P>0.05,不顯著。刪除非顯著交互作用，結果顯示P<0.05，顯著。可建立脫出力分析模型，且模型可用。

如圖4，采用Minitab計算軟件對脫出力與搭接寬度和支撐面寬度進行響應面回歸計算，門蓋掛鉤脫出力數學模型為：

式中：F2為門蓋掛鉤脫出力；

W1為搭接寬度；

W2為支撐筋寬度。

如上，通過DOE方法，對塑料掛鉤的3個關鍵設計參數與安裝力和脫出力之間的關系進行了分析，首先如表2對3項主要設計參數與安裝力及脫出力進行DOE設計，分析結果表明導入角對安裝力和脫出力的影響較小。

其次如表3對兩項主要設計參數與安裝力及脫出力進行響應曲面DOE設計，并進行響應曲面回歸計算，獲得門蓋掛鉤安裝力和脫出力數學模型。

如下對所獲得的門蓋掛鉤安裝力和脫出力數學模型及CAE分析方法的可靠性進行分析和驗證。

3 結果分析

基于以上所建立的門蓋掛鉤安裝力和脫出力數學模型進行可靠性分析和驗證。

對如上所建立的掛鉤安裝力和脫出力數學模型作重疊等值線圖，如圖5所示。

考慮到搭接寬度由PAB門蓋與儀表板本體兩個零件確定，公差相對較大且易波動，所以把最佳參數區域選擇在安裝力和脫出力都對搭接寬度變化不太敏感的區域，即圖5中灰色長方形區域。把長方形區域的中點作為最終選定的參數點開模制造樣件，并進行實物測試，以驗證DOE分析得出的數學模型。DOE模型推算結果與CAE分析結果對比見表4。

表4 DOE模型推算結果與CAE分析結果對比

對比DOE數學模型推算結果和CAE分析結果，兩者差距較小，故安裝力和脫出力數學模型可用。

最后，對選定的最優參數進行開模制造樣件，并實際測量樣件的安裝力及脫出力，對比實際測量值與CAE分析值的差距，驗證CAE分析方法及數學模型的準確性。對實際開模樣品進行安裝力和脫出力測量，所獲得的試驗結果見表5。

表5 實際樣品測量結果

將表5中用實際樣品測量的安裝力和脫出力與CAE計算結果進行對照分析。如圖6所示，安裝力實測值與CAE計算值擬合程度高；如圖7所示，脫出力實測值與CAE計算值擬合程度也高。

綜上所述，按照文中選定的設計參數開模制造的樣件，其試驗結果與CAE計算結果之間的差別不大。文中根據DOE方法所獲得的CAE分析模型能有效地預測設計參數變化對掛鉤安裝力和脫出力的影響趨勢。

4 結論

文中研究成果包括：不僅指出了塑料掛鉤設計時需關注的重要參數即搭接寬度和支撐筋寬度，建立了合適的CAE模型用于模擬和分析塑料掛鉤搭接寬度及支持筋寬度與掛鉤安裝力及脫出力的關系。

更重要的是，文中提出了一種采用DOE方法進行CAE分析的思路，用試驗設計的方法來分析產品設計要求(水平)與產品設計參數(因子)之間的關系。提高了CAE分析的精度，并可以通過響應曲線回歸獲得產品設計要求與設計參數之間的數學模型，所獲得的數學模型可以替代CAE分析進行快速的計算，節省CAE分析的時間，縮短產品開發周期。

文中的研究不僅解決了汽車行業中內飾件塑料掛鉤設計研究的難題，同時通過DOE的分析方法，也提高了CAE的分析精度，節省了開模成本和開發周期。

【1】 周厚林，王紅.汽車內飾件用塑料掛鉤安裝力及脫出力研究[J].汽車零部件，2014(2):45-47.

DOE Analysis Method for Plastic Hook CAE Model

WANG Hong,ZHOU Houlin

(Yanfeng Key(Shanghai)Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 201315,China)

DOE analysis method was used to analyze the relation between the product requirements and design parameters in CAE model.The mathematics formulae were built to replace the CAE model by regression equation.This analysis method can reduce the CAE analysis time and component developing cost.

Plastic hook;Assembly force;Disassembly force;DOE experimental design method;CAE analysis

2014-12-03

王紅(1981—)，學士，工程師，研究方向為汽車被動安全。E-mail：hwang1@yfkey.com。