某商用車后視鏡系統力學性能仿真研究

李炎

某商用車后視鏡系統力學性能仿真研究

李炎

（江西五十鈴汽車有限公司 制造部，江西 南昌 330010）

文章基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統進行了CAE模態，強度和剛度分析，分析結果顯示，后視鏡模態避開了發動機共振頻率，強度和剛度性能要優于競品車型后視鏡性能，同時對后視鏡系統進行了NVH模態測試，與CAE分析結果趨勢對標一致，綜合評價滿足設計目標。

商用車；后視鏡；力學性能

1 引言

隨著國家經濟復蘇快速發展，商用車銷量得到迅猛增長，由于其經濟性和便利性，已經成為運輸貨物的必然選擇[1]。商用車外后視鏡是保障行車安全，提供駕駛便利的汽車外觀組成零件[2]，而良好的強度、NVH、剛度性能對于后視鏡系統來說，具有重要的影響作用。

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統進行了CAE模態，強度和剛度分析，分析結果顯示，后視鏡模態避開了發動機共振頻率，強度和剛度性能要優于競品車型后視鏡性能，同時對后視鏡系統進行了NVH模態測試，結果顯示，與CAE分析結果趨勢對標一致，綜合評價滿足設計目標。

2 后視鏡系統CAE分析

2.1 模態分析理論

結構系統固有模態頻率及其模態振型是分析結構振動特性的基礎，通過模態分析可以確定結構的振動特性[3]。

后視鏡的振動方程為[4]：

式（2）中，為結構固有頻率，當后視鏡固有頻率和工作頻率接近，會出現共振風險，產生較大振幅，降低其壽命。

2.2 后視鏡系統有限元模型

本文采用Hyperworks軟件，對某商用車后視鏡系統（圖1）進行了有限元建模，網格尺寸大小4mm，后視鏡桿為DC01材料，后視鏡頭采用一維Mass單元模擬，質量為3.9Kg，對門鉸鏈約束全自由度，提取其模態頻率和振型，有限元模型如圖2所示。

圖1 某商用車后視鏡

圖2 商用車后視鏡FEA模型

2.3 后視鏡模態分析

經Hypermesh建模后，采用Nastran軟件對后視鏡系統進行模態分析，得到如圖3所示的頻率分布和振型圖，其中1階頻率27Hz，而2階頻率30Hz，避開了發動機共振頻率。

圖3 后視鏡系統模態分析結果

2.4 后視鏡強度分析

本文對某商用車后視鏡進行了強度分析，工況為：X向3g，Y向3g，Z向5g，同上述模態分析約束條件一致，約束鉸鏈全自由度，得到如圖4的車門和后視鏡桿系強度分析結果。

表1為后視鏡系統三個工況下的強度分析結果匯總表，其中X向3g工況，車門最大應力為89.5MPa，小于DC05材料屈服強度，外后視鏡桿最大應力為10.6MPa，遠小于SPCC材料屈服強度。Y向3g工況，車門最大應力為130.7MPa，外后視鏡桿最大應力為9.9MPa，Z向5g工況，車門最大應力140MPa，外后視鏡桿最大應力23.9MPa，均小于對應材料屈服強度。

表1 后視鏡系統強度分析結果表

2.5 后視鏡剛度分析

本文對某商用車框架式后視鏡系統進行剛度分析，約束門鉸鏈全自由度，在外后視鏡質心位置處加載Z向F=200N，邊界條件如圖5所示。

圖5 后視鏡系統剛度分析邊界條件

按照上述邊界條件，對基礎車和競品車后視鏡進行了剛度對比分析，競品車后視鏡系統最大位移為1.35mm，研究車型最大位移為0.94mm（圖6）。

圖6 后視鏡剛度分析結果

表2為后視鏡系統剛度對比分析結果，F=200N，競品剛度為147.5N/mm，而研究車型剛度為212.1N/mm，優于競品。

表2 后視鏡系統剛度對比分析

3 后視鏡系統NVH試驗分析

本文采用LMS測試設備，對某商用車后視鏡系統進行了模態測試試驗，共獲得左右后視鏡系統前2階模態試驗結果，如圖7所示，其中后視鏡1階頻率為20Hz，2階頻率為29Hz，與CAE模態分析趨勢結果對標一致。

圖7 后視鏡模態測試結果

4 結論

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用車后視鏡系統進行了CAE模態，強度和剛度分析，分析結果顯示：

（1）后視鏡系統一階模態為27Hz，二階模態為30Hz，避開了發動機怠速頻率；

（2）后視鏡系統和車門在各工況下，最大應力都在材料屈服強度以下，滿足靜強度要求；

（3）后視鏡系統剛度性能要優于競品車后視鏡系統剛度性能；

（4）NVH模態實測結果與CAE分析結果對標一致性較好。

綜上，本文研究的商用車后視鏡系統模態，剛度和強度性能滿足設計目標。

[1] 周冬龍.基于虛擬迭代的某輕卡后橋疲勞分析研究[D].山西:中北大學,2019.

[2] 裴正驊.汽車外后視鏡造型設計研究-以榮威360車型為例[D].甘肅:蘭州理工大學,2019.

[3] 陳軍.Adams 技術與工程分析實例[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

[4] 木標.某客車車架結構性能分析及優化[D].合肥:合肥工業大學, 2013.

Simulation Study on the Mechanical Properties of Rear View Mirror System of a Commercial Vehicle

Li Yan

（Jiangxi Isuzu Motors Co., Ltd. Manufacturing Department, Jiangxi Nanchang 330010）

In this paper, based on the finite element method and Nastran software, CAE strength, model and stiffness analysis of the rear view mirror system of a commercial vehicle are carried out. The analysis results show that the NVH model avoids the resonance frequency of the engine, and the strength and stiffness performance are better than those of the competitive models. At the same time, the NVH modal test is carried out, which is consistent with the trend of CAE analysis, the evaluation meets the design objectives.

Commercial vehicle; Rear view mirror system; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.030

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

李炎，就職于江西五十鈴汽車有限公司制造部。