汽車風擋玻璃安裝變形的CAE建模研究

李屹峰，姜偉民

汽車風擋玻璃安裝變形的CAE建模研究

李屹峰，姜偉民

（上汽通用汽車有限公司 整車制造工程部，上海 201206）

汽車風擋玻璃作為重要的外飾功能零件，其周邊的尺寸匹配是評價整車外觀質量的重要指標。風擋玻璃在安裝過程中受拍擊易產生變形，進而影響玻璃與周邊零件外觀尺寸配合質量。文章介紹了用CAE軟件仿真后舉門玻璃安裝變形情況；通過研究安裝過程中的拍擊力（動載）轉化為CAE 模型特定位置等效持續力（靜載）的方法，建立了風擋玻璃受力CAE模型，從而實現了在設計階段辨識問題，提前規避，減小變形帶來尺寸匹配問題風險。

風擋玻璃；安裝工藝；CAE分析；變形量

前言

隨著中國汽車消費市場的日趨成熟，整車的配合質量逐漸成為消費者關注的重點；同時，整車從設計到完成批量生產的時間被大量壓縮，許多影響配合質量的設計問題往往需要等到樣車試制階段才能被發現，進而產生高昂的模具更改費用。汽車擋風玻璃作為重要的外飾功能零件，其周邊的尺寸匹配是評價整車外觀質量的重要指標。目前在國內多數主機廠內，風擋玻璃采用更為精益的人工安裝方式（圖1），其在安裝過程中受拍擊易產生變形，進而影響玻璃與周邊零件外觀尺寸配合質量。這種變形在前期的數模虛擬評估階段用常規方法難以識別。目前針對汽車零件的CAE仿真主要集中在功能性和安全性方面：臧孟炎等人[1]應用試驗和數值仿真方法對汽車玻璃的靜態特性和破壞機理進行了研究。馮鈺濤[2]通過CAD/CAE對尾燈設計制造進行模擬仿真，改進了車燈制造中的凝霧現象。本文引入CAE仿真方法，提前識別汽車零部件的尺寸變形，可以節省大量的時間與開發費用。

1 研究方法說明

本次研究對象為安裝在后舉門上的風擋玻璃，后風擋玻璃通常使用背部均勻分布的橡膠墊塊作為其面向支撐（圖2）。根據實際的項目經驗，墊塊的數量和位置分布合理性直接決定了玻璃受拍擊變形的大小。

圖1 人工安裝玻璃工藝

圖2 后檔玻璃墊塊分布

本次研究的方法流程如下所示：

圖3 研究方法流程圖

2 實物驗證后檔玻璃拍擊變形量

在整車集成檢具TAC（Total Checking Fixture）上進行實物后擋玻璃拍擊變形驗證。首先，將后擋按照實際定位方式安裝至TAC上，不拍擊，測量后風擋與后舉門鈑金間隙值，測點位置如圖4（a）所示。然后參考總裝安裝方式，使用約100N力在圖4（b）位置拍擊后風擋后，再次測量測點處間隙值。兩次量間隙值的差值即為實物驗證的玻璃拍擊變形量。實物驗證數據如表1所示。

圖4 實物驗證

表1 后風擋玻璃變形實物驗證數據

3 CAE模型的建立與調整

根據玻璃的實際定位方式建立約束，在圖4（b）所示拍擊位置輸入預估拍擊力荷載為0N（無拍擊），20N，40N，60N，方向為垂直于后風擋玻璃向整車方向向前（持續力），輸出不同荷載下測點處變形量（取Z向值，與TAC測量方向相同）。圖5顯示了在不同拍擊力荷載情況下玻璃變形的點云圖，具體數據如表2所示。

圖5 CAE模擬不同拍擊力荷載下后檔玻璃變形點云圖

表2 CAE模擬不同拍擊力荷載下后檔玻璃變形數據

三組拍擊力荷載輸出變形量結果與實物變形量對比，最終選擇最符合現場實際變形量的荷載參數為40N，如表3所示，以此為荷載輸入運用于其它項目CAE分析。

表3 CAE模擬變形量與實物變形量對比

4 CAE模型的驗證

在后擋玻璃原有6個橡膠墊塊的基準上，再增加4個墊塊，如圖6所示，作為變形的補償方案。利用實物試驗和CAE模型對比補償后變形量，同時驗證CAE模型的可靠性。數據如表4所示：荷載為40N的CAE模型與實物試驗結果數據吻合度較好。在后續的實踐中，研究團隊已將此模型應用于多款車型的驗證中，均得到了較為準確的數據。

圖6 補償方案示意

表4 CAE模型的驗證數據結果

5 結論

通過實物驗證結果與CAE模型數據的對比，并調整CAE模型中荷載的值，本文找到了一種將拍擊動載轉化為CAE模型靜載的方法，并由此建立了針對后擋玻璃安裝變形的CAE模型。后續可應用于前期項目問題辨識，發現潛在風險，實現降本增效。

[1] 臧孟炎,雷周,尾田十八.汽車玻璃的靜力學特性和沖擊破壞現象[J].機械工程學報, 2009(02):274-278.

[2] 馮鈺濤.基于CAD/CAE技術的汽車車燈的設計研究與應用[D]. 湖北工業大學, 2019.

Research of CAE analysis in windshield installation deformation

Li Yifeng, Jiang Weimin

（Vehicle Manufacturing Engineering, SAIC-GM, Shanghai 201206）

As an important functional part of exterior decoration, the matching status of windshield is an important index to evaluate the appearance quality of the vehicle. The windshield glass is easy to deform in the process of installation, which will affect the matching quality. In this research, CAE method is used to simulate the installation deformation of Rear lift-gate glass. By studying the method of transforming flapping force(dynamic load) into equivalent continuous force(static load) at specific of CAE model, the CAE model of windshield force is established, so as to identify issues in design stage, avoid in advance and reduce the risk of dimensional matching issues caused by deformation.

Windshield; Installation process; CAE analysis; Deformation

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.034

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

U463.83+5

A

1671-7988(2021)02-105-03

李屹峰（1987-），男，尺寸認證項目經理，就職于上汽通用汽車有限公司整車制造工程部。