肖隆清，邹夕

某商用轻卡车门力学性能仿真研究

肖隆清，邹夕

（江铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330001）

基于有限元法，采用ABAQUS软件，对某商用轻卡车门系统进行了CAE模态、刚度和强度分析，分析结果显示，车门前二阶模态避开了发动机怠速频率，车门刚度和强度满足设计目标，综合评估该商用轻卡车门力学性能满足要求。

商用车；车门；力学性能

1 引言

随着国家经济快速发展，商用轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。车门作为汽车车身的一部分，由外门板，内门板、上加强板、下加强板、门锁加强板等组成，并通过焊接成一体，车门需具备足够的刚强度，以保证车身结构综合性能的发挥[2-3]，故研究商用轻卡车门力学性能，具有重要的经济和社会价值。

本文基于有限元法，采用HyperMesh和ABAQUS软件，对某商用轻卡车门系统进行了CAE模态、刚度和强度分析，分析结果显示，车门前二阶模态避开了发动机怠速频率，车门刚度和强度满足设计目标，综合评估该商用轻卡车门力学性能满足要求。

2 前门CAE轻量化模态分析

2.1 车门系统有限元模型

本文采用Hyperworks软件，对某商用轻卡车门系统进行了有限元建模，网格尺寸大小6mm，车门钣金材料为DC01，DC02系列，其弹性模量E=210000MPa，泊松比0.3，部分附属件采用一维单元Mass单元模拟，车门总质量为24kg，有限元模型如图1所示。

2.2 车门系统CAE模态分析

经Hypermesh建模后，采用Nastran软件对某商用轻卡车门系统进行自由模态分析，对比其前二阶模态频率和振型，如图2所示，一阶模态为扭转模态为35Hz，二阶扭转模态为49Hz，满足目标大于29Hz要求。

图1 某商用轻卡车门FEA模型

3 车门窗台线CAE刚度分析

本文采用ABAQUS软件，对某商用轻卡车门进行了窗台线刚度分析，约束铰链转动轴中点DOF=12345，释放绕Z轴旋转自由度，约束缓冲块全自由度。在内板和外板的Y方向施加F=200N，测量选定区域的平均位移，边界条件如图3所示。

图3 车门窗台线刚度分析边界示意图

本文按照上述工况，进行了车门CAE窗台线刚度分析，得到如图4分析结果，其中内窗台线⑤-④段的平均值为0.5mm/200N，内窗台线⑤-⑥段的平均值为0.53mm/200N，而外板窗台线⑤-④段平均值为0.6mm/200N，外板窗台线⑤-⑥段平均值为0.7mm/200N，较竞品车型线刚度值0.46mm/ 200N性能更有优势。

图4 车门CAE窗台线刚度分析结果

4 车门CAE强度分析

4.1 车门下沉CAE强度分析

本文对某商用轻卡车门进行了车门下沉CAE强度分析，其有限元模型如图5所示，模型质量为50kg，约束条件为：工况Case1，车门关闭状态，车身截面全约束，门锁约束Y向平动自由度，工况Case2，车门开启60度，车身截面全约束，门锁也约束Y向平动自由度。载荷加载条件为：Step1即施加车门总成自身重量，Step2即保持车门自身重力，锁扣处沿Z向负方向施加F=400N载荷，Step3即保持车门自身重量，卸载集中力，如图6。

图5 车门强度有限元模型

图6 车门强度分析边界条件

本文按照上述工况，对车门进行了下沉强度分析（图7），结果显示，车门关闭状态，车门最大位移为1.5mm，卸载后残余变形为0.01mm，车门开启60度时，车门最大位移为2.1mm，卸载后残余变形为0.05mm，满足目标值小于3.5mm要求。

4.2 车门过开CAE强度分析

本文对某商用轻卡车门进行了车门过开CAE强度分析，其加载边界条件如图8所示，约束条件为：约束车身截面全自由度，门锁约束绕Z转动自由度。加载Step1为施加车门自重，Step2为保持自重，锁扣处沿门开启方向加载200N集中力，Step3为卸载。

图8 车门过开CAE强度分析边界

图9 车门过开CAE强度分析边界

本文按上述加载工况，得到车门卸载后残余变形量（图9），其中上边缘残余变形量为0.2mm，下边缘残余变形量为－0.1mm，变形差为0.3mm，小于目标值（表1），符合要求。

表1 车门过开CAE分析结果表

5 结论

本文基于有限元法，采用Hypermesh和ABAQUS软件，对某商用车车门系统进行了CAE模态、窗台线刚度和强度分析，分析结果显示：

（1）车门一阶扭转模态和二阶弯曲模态分别为35Hz和49Hz，大于目标值29Hz，避开了发动机怠速共振频率；

（2）车门窗台刚度较竞品车型车门窗台刚度要大，更具优势；

（3）车门下沉工况最大位移为2.1mm，卸载变形后，残余变形为0.05mm，满足设计目标；

（4）车门过开工况，卸载后车门残余变形差为0.3mm，小于目标值0.7mm。

综合上述分析结果，本文评估某商用轻卡车门力学性能满足设计目标。

[1] 周冬龙.基于虚拟迭代的某轻卡后桥疲劳分析研究[D].山西:中北大学,2019.

[2] 冯博.基于HyperMesh的某轻卡车门抗凹刚度分析及形貌优化[J].农业装备与车辆工程2013(1):13-15.

[3] 王康.白车身结构的轻量化研究[D].重庆:重庆理工大学,2019.

Simulation Study on the mechanical performance of a commercial light truck door

Xiao Longqing, Zou Xi

( Product Development & Technical Center, Jiangling Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330001 )

In this paper, based on the finite element method and ABAQUS software, the CAE modal, stiffness and strength analysis of a commercial light truck door system are carried out. The analysis results show that the first two modes of the door avoid the idle frequency of the engine, and the stiffness and strength of the door meet the design objectives. The compreh -ensive evaluation shows that the mechanical properties of the commercial light truck door meet the requirements.

Commercial vehicle; Door; Mechanical performance

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.022

U463.83+4

A

1671-7988(2021)02-70-03

U463.83+4

A

1671-7988(2021)02-70-03

肖隆清，就职于江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心。