某緊湊型SUV前門內板限位器處焊點開裂分析

張杰林 李乃鵬 覃豐寧

【摘 要】文章對某緊湊型SUV前門內板限位器處焊點在顧客大力甩門的工況下出現開裂進行了分析，分析內容包括汽車車門的使用工況，車門內板在極限使用工況下故障模式，車門內板限位器處焊點在極限工況下受力標定，原車門結構焊點應力的CAE分析，新方案的焊點應力CAE分析，CAE分析驗證等，經過系統的分析總結，避免了后續車型車門內板限位器處焊點的開裂問題，提高了車門的可靠性，縮短了汽車的開發時間。

【關鍵詞】內板;限位器處焊點;開裂;CAE分析;結構膠

【中圖分類號】U463.834 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0102-03

當前，我國汽車行業迅猛發展，汽車已經成為一種非常重要的代步工具，汽車在我國的鄉鎮甚至農村已快速普及。緊湊型SUV因為價格便宜、空間大、通過性好、能適應不同工況，受到廣大消費者的歡迎。而汽車前門由于在使用汽車過程中開關次數多，顧客在開門時經常出現把門開到最大開度的過開現象，受力工況惡劣，因此會出現前門內板限位器處焊點開裂的情況。本文結合某款緊湊型SUV車的開發，對前門內板限位器處焊點開裂進行分析。

1 汽車車門的使用工況

顧客在開門下車時，由于用力過猛，或者當車停在斜坡上開門時，車門會被大力甩開。當門以一個很大的速度開啟到最大后，由于限位器的限位作用，門內板在限位器處會受到一個很大的沖擊力。而汽車的使用壽命一般在10年以上，在整個壽命過程中，門內板在限位器處需承受很多次這樣的沖擊力。

2 前門內板在極限使用工況下故障模式

門內板在限位器處一般會焊接一塊t=1.4 mm左右的加強板，以提高門內板在限位器處的剛度，增強門內板的限位作用。但售后反饋，顧客在使用車子一段時間后，前門內板限位器處焊點出現開裂的故障（如圖1所示），從而產生異響，并存在生銹的風險。

3 前門內板限位器處焊點在極限工況下受力模擬

我們要找出顧客在大力甩門使用工況下門的受力情況，以便開展接下來的CAE分析工作。把車放置在水平路面上，在無風的氣候條件下，把門大力甩開。當門開啟到最大位置時標定一個位置，換不同的人，每人開啟5次，找到出現次數最多的位置。接著，搭臺架用氣缸在門內板的鎖位置處施加一個力F，緩慢勻速加力，當把門開啟到標定的位置時，記錄下F的數值。經試驗及換算，此種工況相當于在門鎖處施加F=235 N的力（如圖2所示）?？紤]到車輛10年的使用壽命、平均每天的使用次數、前門受到此種惡劣工況的概率，我們要求當門開啟到最大后，在門鎖處施加25 500次F=235 N往外的力，門內板限位器處焊點不能開裂。

4 原方案CAE分析

我們進行CAE分析，以便確認門總成在F受力工況下的應力值。

4.1 約束工況

任何物體在受約束前有6個方向的自由度，同樣的汽車門門總成在受約束前也有6個方向的自由度，門開啟到最大后，由于鉸鏈和限位器的約束，只剩下一個繞鉸鏈軸線旋轉的自由度。因此，我們在進行CAE分析時，參考門的實際工況，把上下鉸鏈和限位器支架的6個自由度都約束了，門鈑金只剩下繞鉸鏈軸線旋轉的一個自由度（如圖3所示）。

4.2 加載工況

在門內板鎖處施加力值F（F=235 N），F方向與X軸呈102°。

4.3 應力情況

圖4為門內板限位器安裝區域焊點分布圖，圖5為焊點應力值。

內板材料為BUSD，抗拉強度σ≥260 MPa，屈服強度為屈服點σs=120～210 MPa，CAE分析焊點最大應力為161.7 MPa。根據經驗，焊點應力越大，越容易產生疲勞開裂。在試驗進行到19 000次時，疲勞開裂，因此必須把焊點處的應力盡量降低到材料抗拉強度的一半左右。以下為為降低焊點應力所做的一些方案。

5 新方案CAE分析

5.1 方案一

由原方案的焊點應力分布值我們看到，有些焊點應力很大，達到161.7 MPa，而附近不遠的地方焊點應力只有113.5 MPa，由此判斷由于加強板限位器區域的剛度較差，造成只有一小部分焊點受力工況較惡劣，應力分散不出來，因此可以在限位器安裝區域增加一條筋條（如圖6所示），提高此區域的剛度，實施此方案后，最大應力變為148.6 MPa（如圖7所示），下降8%;提高限位器區域的加強板剛度對應力有所改善。

5.2 方案二

根據方案一的應力值圖，應力雖有下降，但下降幅度有限，仍然解決不了焊點疲勞開裂問題。因此，我們在原來的高應力點附近增加焊點，分擔原來高應力焊點的應力。在方案一基礎上增加兩個焊點（如圖8所示），經CAE分析，最大應力變為139.4 MPa（如圖9所示），下降6%。

在原來高應力點附近增加兩個焊點，最大應力依然是原來的焊點，且應力下降不大，說明原來的焊點應力沒有分散出去。

5.3 方案三

我們想驗證繼續增加焊點是否還有效，因此在方案二基礎上又增加兩個焊點（如圖10所示），最大應力下降為135.4 MPa（如圖11所示），下降2.8%。

由此可知，繼續增加焊點，最大應力焊點沒有變化，且應力下降不明顯，只靠增加焊點沒辦法把高應力焊點的應力分散出來。

5.4 方案四

通過方案一我們知道，增加限位器區域鈑金的剛度對改善應力有效，因此我們又想其他的方法盡量提高加強板的剛度。除了加筋條對提高剛度有效外，增加翻邊也可提高零件的剛度。因此，在方案一的基礎上增加翻邊（如圖12所示），以驗證對應力是否有改善作用。經分析，方案四的最大應力為138.3 MPa（如圖13所示），下降14.4%。

增加翻邊提高了限位器區域的剛度，應力有比較大的改善，說明提高剛度可以把高應力點的應力分散出去。

5.5 方案五

加筋條方案、加翻邊方案、加焊點方案雖然都可以降低焊點應力，但是都無法大幅度地降低應力，在多次的大力甩門后焊點仍有開裂風險。于是我們必須考慮一些創新方案，根據我們對參考車的研究，并通過拆車進行了對比，我們發現“大眾途安L”在此處使用了結構膠（如圖14所示）。結構膠在涂裝車間烘烤后會變硬，把加強板和內板連接起來，加強板和內板原來通過幾個點進行連接變成了加強板與內板大面的連接，目前一些新上市的車都能見到結構膠的身影。

在方案一基礎上，取消原來加強板與內板貼合的一個焊點，增加結構膠（如圖15所示），經CAE分析，焊點最大應力變為91.9 MPa（如圖16所示），應力下降43%，只相當于內板材料BUFD抗拉強度的35.3%。

增加結構膠，使得原來靠點來受力變成靠面來受力，可大大降低焊點應力。

6 更改方案

方案五的應力下降43%，從數值上分析，方案比較有效，但是最終是否有效，還需造車進行驗證。

我們采用此方案造了一臺車，然后進行過載試驗，完成22 500次，焊點沒有開裂，長期方案按此實施。

7 總結

在車輛使用過程中，車門是經常使用到的系統，考慮到不同人的使用工況，應該盡量減小焊點的應力到材料抗拉強度的一半以下，以保證系統的可靠性。通過方案一的加筋條及方案四的加翻邊，說明提高鈑金局部區域的剛度，對應力減小有改善作用;通過方案五，結構膠相對于焊點，結構膠使得鈑金的點連接變成面連接，受力區域大，對應力減小也有很大的改善作用。在以后的設計中，應盡量通過優化結構提高焊點附近的剛度，同時可使用結構膠改善應力。

參 考 文 獻

[1]徐俏楠.對設計基礎素描課程教學的研究[D].長沙：湖南師范大學，2009.

[2]江保鋒.高職院校藝術設計類專業非藝術類生源素描課程教學模式探索[J].無錫職業技術學院學報，2015（5）.

[3]鄧江雪.基于UG的汽車門蓋件參數化建模方法研究[J].企業科技與發展，2013（13）.

[責任編輯：陳澤琦]