某商用單排輕卡前門結構強度性能仿真研究

魏成新，龔小輝，郭浩

（江西五十鈴汽車有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001）

1 引言

隨著世界經濟復蘇和國內雙循環經濟的快速良好發展，以輕卡為典型代表的商用車型銷量得到巨大增長，由于其經濟性和實用性，已經成為城鄉物流配送行業運輸交通工具的必然選擇[1-2]。車門，作為輕卡駕駛室的的重要組成部分，其是由內外門板、上下加強板、門鎖等系統零部件構成，通過點焊接組成的一體系統部件，車門需具備足夠的剛強度，以保證車身結構良好的綜合性能的充分發揮[3-5]，因此開展商用單排輕卡的駕駛室車門力學性能仿真研究，具有顯著的的經濟和社會價值。

本文基于數值分析及彈塑性力學理論，采用 MSC.Nastran軟件，對前車門系統進行了CAE模態、剛度和開閉件耐久分析，分析結果顯示，后車門模態避開了發動機怠速頻率，其強度性能滿足項目開發設計目標，綜合評估該商用輕卡前車門力學性能滿足要求。

2 某單排駕駛室前門CAE模態分析

2.1 前門系統有限元模型

本文采用美國Hyperworks軟件，對某商用輕卡駕駛室的前車門系統進行了建模，網格尺寸大小5mm，車門鈑金材料為DC01和Q235，彈性模量E=210000MPa，部分附屬零件用一維Mass單元模擬，前車門質量為26kg，FEA模型如圖1。

圖1 某商用輕卡前車門FEA模型

2.2 前車門系統CAE模態分析

經軟件建模后，對某單排輕卡駕駛室的前車門系統進行了CAE模態分析，截取頻率為0-80Hz,其中前六階為車門剛體模態，隨后提取出車門系統本身四階的頻率，如圖2所示，其中一階外板彎曲模態為34Hz，二階窗框擺動模態為41Hz，三階下窗框擺動模態為46Hz，四階內板彎曲模態為55Hz，避開了發動機怠速頻率26.7Hz，滿足設計目標。

圖2 某商用輕卡前車門模態分析結果

3 某單排駕駛室前門CAE剛度分析

本文對某商用單排輕卡前門進行了剛度分析，網格尺寸為10mm,車門鈑金件主要采用Shell單元，車門鉸鏈采用solid單元，點焊采用Hex+Reb3單元模擬，其有限元模型如圖 3所示。其中工況CASE1：鉸鏈處約束約束XYZ三向平動和XY轉動自由度，在門內側沿Y向施加100N的載荷，CASE2:鉸鏈處約束約束XYZ三向平動和XY轉動自由度，在門內側沿Z向施加100N的載荷。

本文按照以上描述工況，進行了某商用單排輕卡前門CAE剛度分析，得到圖 4的分析結果，其中 1處位移為1.9mm，而2處位移為1.4mm，在3處的位移為1.4mm，在4-5段的位移為0.54mm，在5-6段的位移為0.71mm，得到門框位置處的剛度值52N/mm，窗框腰線剛度185N/mm，符合設計目標需大于30N/mm。

圖3 某商用單排輕卡前門剛度分析邊界示意圖

圖4 某商用單排輕卡前門剛度分析結果

4 某單排輕卡前門CAE開閉件耐久分析

本文對某商用單排輕卡前門進行了 CAE開閉件耐久強度分析，其中前門處于安裝狀態，以2m/s的速度關車門，測量車門各危險處的應力值，同時約束上下鉸鏈與車身安裝處全部自由度，載荷按照圖5右側的條件輸入，邊界條件如圖5所示。

圖5 某商用單排輕卡前門CAE開閉件耐久分析邊界條件示意圖

本文對某商用單排輕卡前門進行了 CAE開閉件耐久強度分析，得到圖6分析結果。鈑金件最大應力為 166MPa，小于DC01材料屈服強度180MPa，滿足目標。

圖6 某商用單排輕卡前車門開閉件耐久強度分析結果

5 結論

本文基于有限元法，采用Hypermesh和Nastran軟件，對某商用輕卡的前車門系統進行了CAE模態、剛度和開閉件耐久強度分析，CAE分析結果顯示：

（1）前車門一階外板彎曲模態為34Hz，二階窗框擺動模態為41Hz，三階下窗框擺動模態為46Hz，四階內板彎曲模態為55Hz，有效避開了發動機怠速頻率26.7Hz的共振風險；

（2）該單排駕駛室的前車門剛度和開閉件耐久強度性能均符合目標設計要求；

（3）綜上，本文評估該商用輕卡單排駕駛室的前車門耐久結構力學性能滿足設計目標。