基于NASTRAN的某商用輕卡后車門力學性能仿真研究

陳佳，孫麗娟

（1.江鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330001；2.江西交通職業技術學院 汽車工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

隨著新冠疫情復工復產，國家經濟重回快速發展階段，國內的輕卡銷量節節攀升，由于其經濟實用性，已經成為城鄉物流配送運行業運載交通工具的必然選擇[1-2]。車門作為輕卡駕駛室的重要組成部件，由內外門板、上下加強板、門鎖加強板等零部件組成，并通過激光點焊接組成整體部件，同時，輕卡車門需具備充足的強度和剛度性能，來確保車身系統的結構綜合性能的充分發揮[3-5]，故研究輕卡車型后車門力學性能，具有重要的企業和社會價值。

本文基于數值分析及汽車結構材料力學，采用 Nastran軟件，對某輕卡左右后車門系統進行了CAE模態、下沉強度和抗凹強度分析，結果顯示，該車型的后車門固有模態避開了發動機怠速頻率，同時強度滿足DVP目標，綜合評估該商用輕卡后車門力學性能滿足要求。

2 后車門模態分析

2.1 后車門系統有限元模型

本文采用Alter-Hyperworks軟件，對某新款開發的輕卡后車門系統進行了有限元建模，網格大小5mm，車門鈑金材料為DC01，其彈性模量E=210000MPa，泊松比為0.3，后車門總質量為26kg，有限元模型如圖1所示。

圖1 某輕卡后車門FEA模型

2.2 后車門系統模態分析

經Hypermesh建模后，采用Nastran商用軟件對該新款輕卡后車門系統進行自由模態分析，截取頻率為0Hz-100Hz，其中前六階為后車門剛體模態，提取出后車門自身頻率，如圖2，其中一階車門扭轉模態為29.4Hz，一階車門彎曲模態為52.2Hz，滿足目標大于28Hz要求。

圖2 后車門模態分析結果

3 后車門下墜強度分析

本文采用NASTRAN軟件，對該新款輕卡后車門進行了下墜工況的強度分析，其有限元模型如圖3所示。其中工況1：提取車身系統模型，車門需處于緊閉狀態，約束白車身斷面處全自由度。工況2為截取白車身模型，車門處于打開70度角度狀態，約束BIW斷面處的六個方向自由度，同時約束X方向自由度。載荷施加過程分為：Step1賦予車門自身重力，Step2保持車門自身重力，鎖扣處沿負Z方向加500N力，Step3保持車門重力并卸載，邊界工況如圖3。

圖3 后車門下沉分析邊界示意圖

按照上述工況，本文進行了車門CAE下墜分析，得到圖4的分析結果，當加載500N時，關閉狀態下，后車門的最大位移時5.46mm，開啟70度時，后車門最大位移為5.771mm，滿足目標值小于10mm要求，卸載后，關閉狀態下的后車門殘余變形為 0.058mm，開啟 70度時，車門鈑金殘余變形為0.031mm，滿足目標小于1mm。

圖4 后車門CAE下沉強度分析結果

4 后車門CAE抗凹強度分析

本文對某新款輕卡后車門進行了CAE抗凹分析，約束門鉸鏈處6自由度，門鎖約束三向平動自由度，橡膠限位塊約束Y向平動自由度，加載步驟為：Step1即采用直徑75mm的全剛性壓頭進行緩慢加載，壓頭處施加100N與外板垂直Z方向的沖擊，Step2繼續加載至225N，Step3卸載，查看殘余變形，邊界工況如圖5。

圖5 后車門CAE抗凹強度分析邊界條件示意圖

圖6 F=100N載荷下后車門最大位移結果圖

本文如上工況，對該駕駛室后車門進行了 CAE抗凹強度，結果如圖6和圖7，其中加載點1的最大位移為3.82mm，加載點2的最大位移為 3.67mm，加載點 3的最大位移為 3.96mm，小于目標值5.1mm，而卸載后，加載點1的殘余變形0.002mm，加載點2的殘余變形為0.003mm，加載點3的殘余變形為0.001mm，都小于目標值0.005mm。

圖7 卸載下的后車門殘余變形結果圖

5 結論

本文基于數值分析和有限元理論，采用 Nastran軟件，對某商用輕卡的后車門系統進行了CAE模態、下沉強度和抗凹強度分析，CAE分析結果顯示：

（1）后車門一階扭轉模態為 29.4Hz，一階彎曲模態為52.2Hz，滿足目標大于28Hz要求；

（2）加載500N和卸載狀態下，后車門的最大位移和殘余變形量均滿足目標要求；

（3）后車門的抗凹工況下的最大位移和殘余變形均滿足目標設計要求。

綜上，本文評估該商用輕卡后車門耐久力學性能滿足設計目標。