某客車駕駛員門側向剛度分析

文/孫小麗(安徽安凱汽車股份有限公司)

車門是由多塊薄板零件沖壓、焊接而成的多層超大面積組合體，結構復雜，質量較大，又是封閉型殼體結構，受力容易引起變形。設計過程中，除保證外形美觀以外，車門剛度分析是重要環節，剛度對車門自身的動態性能、模態頻率分布具有重要作用，是影響整車性能的重要因素之一。車門剛度不足會影響車門開關可靠性，引起車門卡死、關閉力增大，嚴重時會造成密封性差并引起漏灰、透風、滲水以及噪聲大等系列問題，從而影響汽車的使用和乘坐舒適性。隨著輕量化技術的發展，開發輕質量、高剛度的車身成了汽車開發設計過程中追求的主要目標之一，因此車門結構的剛度十分重要。

車門是車體重要組成部分之一，由于車門結構復雜，針對其剛度以及對車體影響的研究在國內外乘用車領域開展較深。客車作為一類特殊的產品，車門具有面積、質量更大的顯著特點，但針對其車門剛度的研究文獻卻較少。本文以新開發的客車整車駕駛員門作為分析對象，利用有限元分析法，對駕駛員門側向剛度進行分析，為其設計合理性和可靠性評估提供參考。

一、研究模型描述

1.模型建立

根據某車型駕駛員門建立側向剛度有限元分析模型，如圖1 所示，包括車門內外板、內外板加強件、鉸鏈加強件及門鎖加強件等。

圖1 前門側向剛度分析模型

運用HYPERMESH、NASTRAN 和HYPERVIEW軟件對駕駛員門進行剛度分析。

鈑金件采用SHELL 單元離散，鉸鏈、黏膠采用SOLID 單元模擬，點焊采用ACM模擬縫、RBE2 模擬單元。

2.邊界條件

約束門鎖2356 自由度，約束鉸鏈與車身連接處所有方向自由度；在車門上緩沖塊位置施加Y 軸負方向200 牛的力，如圖2 所示。

圖2 車門側向剛度分析邊界條件

二、首次分析結果

通過軟件進行分析獲得門板的位移云圖，如圖3所示。

根據云圖分析獲得結果統計，如表1 所示。

表1 云圖信息統計表

從表1 可知，駕駛員門右上方（從門外看）結構側向剛度位移值為6.466 毫米，大于目標值即5 毫米，因此不滿足設計要求。

三、結構優化方案

車門結構、板材材料和工藝是影響車門剛度的主要因素，針對駕駛員門右前方結構剛度不滿足設計要求的情況，在保證工藝達標的前提下，本文主要根據駕駛員門本身的結構，分析結構薄弱點，具體采取以下優化方案，如圖4 所示：

圖4 優化方案示意圖

（1）增大司機門門框內部加強板尺寸，加強板厚度采用1.5 毫米。

（2）司機門內板下部拐點處增加加強板，加強板厚度采用0.8 毫米。

四、優化后分析結果

在對駕駛員門內板加強件進行處理后，再次分析優化后的駕駛員門剛度，得出分析云圖，如圖5 所示。

圖5 優化后位移云圖

根據優化后云圖分析獲得結果統計，如表2 所示。

表2 優化后云圖信息統計表

從表2 可知，駕駛員門右上方結構側向剛度位移值為4.984 毫米，數值小于目標值即5 毫米，優化后前門側向剛度滿足設計要求。

五、結語

本文以某客車駕駛員門為例，運用有限元分析對駕駛員門側向剛度進行分析，獲得其位移云圖，并據此找出車門側向剛度薄弱點，在保證車門整體輕量化設計要求的前提下，加大駕駛員門門框加強板尺寸和在駕駛員門內板下部拐點處增加加強板，以提高車門側向剛度，使其滿足設計要求。本文所提優化方案可為整車駕駛員門設計提供參考思路。