CAE模拟分析在车门刚度设计中的应用
某轿车车门窗框刚度分析和结构优化
10.16638/ki.1671-7988.2020.19.037某轿车车门窗框刚度分析和结构优化路忠锋（宝能（西安）汽车研究院有限公司，陕西西安712000）摘要：为解决前门窗框刚度不足的问题，借助CAE前后处理软件HyperMesh & HyperView及ABAQUS软件，对某车型窗框刚度进行分析，通过查看应变云图，找到刚度薄弱处并进行优化，得到相关数据。
通过优化窗框结构方案，满足窗框刚度设计要求。
关键词：轿车车门；窗框刚度；刚度分析；结构优化中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)19-116-03Stiffness Analysis And Structure Optimization Of a Car Door Window FrameLu Zhongfeng( Baoneng (Xi'an) Automotive Research Institute Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 712000 )Abstract:In order to solve the problem of insufficient stiffness of the front door window frame, we can analyze its stiffness with the help of the CAE pre-processing software HyperMesh & hyperview and ABAQUS, find the weak points of stiffness and optimizes it by looking over the strain nephogram, and obtain the relevant data. The stiffness of a door window frame can be satisfied by optimzation structure design.Keywords: Car door; Window frame stiffness; Stiffness analysis; Structural optimizationCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)19-116-03引言随着汽车工业的高度发展，汽车保有量越来越高，车门作为汽车的一个重要组成，其品质在一定程度上反映一家主机厂的造车水平。
基于CAE分析和刚性试验的车门补强片运用
基于CAE分析和刚性试验的车门补强片运用作者：付磊等来源：《汽车科技》2015年第04期摘要：本文主要介绍了车门补强片在车门外板指压刚性改善上的运用，首先，利用指压试验和CAE分析方法得到车门外板指压刚性弱的区域；其次，针对这些刚性弱的区域，分别利用6种厚度和形状的补强片进行CAE分析，得到一种改善效果最好的车门补强片形式；最后，通过车门指压试验和主观评价，评定车门刚性得到较大改善，车门状态符合要求。
关键词：补强片；车门外板；指压试验；CAE中图分类号：U463.83+4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）04-0034-04The Use of Reinforcing Sheet Base on Pressure Test and CAEAnalysisAbstract： This paper mainly introduces the application of the reinforcing sheet， about acupressure rigidity improvement on the outer door. Firstly， The pressure test and CAE analysis method to get the weak rigidly area of the outer door. Secondly， the stiffness weak areas，respectively， using 6 kinds of thickness and shape of the reinforcement plate for CAE analysis. Finally get a best effect of reinforcing sheet. Finally， through the pressure test and subjective evaluation， the rigidity of outer door is greatly improved， the state of the door is OK.Key Words： reinforcing sheet， outer door， pressure test， CAE1 引言汽车轻量化是节省能源和降低污染的有效途径，研究报告表明：轿车每减重10%，则油耗可以降低减少6%-8%[1]。
CAE模拟分析在车门刚度设计中的应用
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Equipment Manufactring Technology No.6，2009 过优化门内板的结构来提高车门总成的刚性。
图 10 再次优化后的方案
图 8 车门总成优化方案示意图
图 9 车门内板首次优化后分析示意图
表 4 首次优化后车门内饰板区域刚度值
比较项目
车门初始方案 首次优化方案
内板最大位移 （mm） 6.296 4.059
内板最大位移 目标值（mm）
3 3
加载点位移 （mm） 4.796 3.129
加载点位移 目标值（mm）
1.5 1.5
2.3 再次优化方案 根据首次优化方案的 CAE 分析结果看，该方案对于内板
的最大位移及加载点的位移都有了一些改善，但是离我们设 定的目标还有一些距离，所以还需要继续优化，经过分析，我 们提出了再次优化的方案，本次优化的主要更改是：
标准刚度的要求进行校核，计算结果如表 6 所列。
表 6 优化结果校核计算表
分析工况 垂直刚度 Vertical Rigidity 上扭刚度 Torsion Rigidity Upper 下扭刚度 Torsion Rigidity Lower
窗框刚度 Upper frame Rigidity
计算结果 15 14 16 12 12 13 10
1.5
从表 3 中数据可以看出，在玻璃升降器摇柄安装位置施 加 Y 向 200N 的力时，内板的的最大位移和加载点的位移都 较大，离我们设定的目标值还有一些距离，说明车门总成的刚 度还较差。 2.2 首次优化方案
为了提高车门总成的刚度，经过分析提出了如下的优化 方案，该方案的主要更改是：
减小了内板左侧工艺安装孔，同时在孔的一整周圈增加 了沉边，以此增加刚度，同时在右下侧的工艺安装孔也增加了 三边的沉边，同时缩小右侧的两个工艺安装孔的大小。优化后 的方案如图 8。
最新 浅议汽车侧门结构设计中的CAE应用-精品
浅议汽车侧门结构设计中的CAE应用一、引言汽车侧门是乘员上下车的主要出入口，也是较多功能件集中的部件之一。
其结构设计涉及很多性能要求，例如乘员出入的便利性、开闭车门的感知质量、玻璃的升降性等。
为满足相关性能要求，在详细的结构设计中需要以相关性能要求为基点进行设计。
为避免结构设计所造成的性能不足或过剩，在初版结构数据完成后，对其进行相关的CAE 分析是很必要的。
本文以CAE 在某车型前车门结构设计中的具体分析为例，简述CAE 在汽车侧门结构设计中的具体应用。
二、CAE 分析在汽车侧门结构设计中的应用本文利用Hyperworks 软件对某车型前车门总成进行网格划分，得36108 个有限元模型单元，有限元模型质量为16.78Kg，与实测质量一致。
其中，焊点用CWELD 和CONN3D2 模拟，胶体用3D 实体单元模拟。
该前车门的有限元分析模型如图1 所示。
图1 前车门有限元分析模型前车门有限元模型中相关材料的特性如表1 所示。
表1 前车门有限元模型中相关材料的特性材料弹性模量(N/mm2)泊松比密度(T/mm3)屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)mylon610 8300 0.28 1.4E-9glue 6 0.4 6.0E-10H260 208000 0.3 7.9E-9 235 383BUFD05 208000 0.3 7.9E-9 155 250BSUFD 208000 0.3 7.9E-9 114.3 414.4SECD 208000 0.3 7.9E-9 240 270BLC 208000 0.3 7.9E-9 140 405DC54 208000 0.3 7.85E-9 170 305BLED+Z 208000 0.3 7.9E-9 145 283SPHD 208000 0.3 7.85E-9 240 270SPCC 208000 0.3 7.9E-9 240 270S20C /SAPH440208000 0.3 7.9E-9 363 466DC03 207000 0.28 7.83E-9 152 363.72DC04 208000 0.3 7.9E-9 133.4 355.5SPCE 208000 0.3 7.9E-9 149 262SPOT 210000 0.3 7.9E-9 350 850环氧树脂7000 0.35 1.35e-91. 前车门自由模态分析（1）约束和加载。
基于RADIOSS的车门多工况的cae仿真分析
1 概述车门作为汽车车身中十分重要而又相对独立的功能部件，具有隔绝车外噪声，缓冲来自外部的冲击，提供乘员生存空间等安全性和舒适性功能，其刚度、强度、振动特性、开闭轻便性、外板抗凹性直接影响整车的性能及外观品质，因此在车门设计开发过程中，有必要就不同工况对各种设计方案进行分析和优化，本文拟以某轿车为例，采用HyperMesh前处理及RADIOSS求解器，对影响车门刚度、强度的几种典型分析工况进行CAE分析，给出相应的评价标准，探讨车门刚度及强度分析方法，为进一步车门结构优化分析提供分析依据。
2 有限元建模轿车车门一般由外板、内板、窗框、玻璃导槽、门铰链、门锁以及门窗附件等组成。
内门板上有玻璃升降器、门锁附件等。
内板由薄钢板冲压而成，其上分布有窝穴、空洞、加强筋，内板内侧焊有内板加强板。
为了增强安全性，外板内侧一般通过防撞杆支撑架安装了防撞杆，窗框下装有加强板。
内板与外板通过翻边、粘合、滚焊等方式结合。
采用壳单元（PSHELL）对某轿车车门进行网格离散，单元数量为29747，节点数量为30405，其中三角形单元数量为1158；设定材料厚度、弹性模量、泊松比和密度等参数；车门各部件间通过焊接，刚性连接，胶粘等方式进行连接，按照实际情况布置焊点和粘胶位置，有限元模型如图1所示。
图1 车门有限元模型3 分析工况对自由模态、扭转、风载变形、自重及加载下垂等四种典型工况进行分析，各工况的约束方式、加载条件如表1所示。
表1 车门的典型分析工况4 分析结果采用RADIOSS求解器对表1所列工况进行求解，通过HyperView进行分析结果后处理。
4.1 模态分析该车门的一阶扭转模态如图2所示，一阶扭转模态频率为48.36Hz，大于30Hz，且车门各阶模态与车身及其它部件模态频率没有重合，满足设计要求。
图2 一阶扭转模态4.2 扭转刚度分析按照表1对车门施加位移约束和载荷，如图3（a）。
考察车门上4个测点（如图3（b）所示，各点离边界25.4mm）的Y向位移，统计结果见表2，4个测点的位移均小于4mm，满足刚度要求，扭转刚度工况下的位移场如图4所示。
CAE技术在汽车车门结构性能设计中的应用
CAE技术在汽车车门结构性能设计中的应用
王力
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】为提高汽车车门设计性能，文章介绍了CAE技术在汽车车门开发中的应用，对比研究了几种经典车型前后侧门的结构，提出了汽车车门开发中窗框刚度设计等关键技术中的设计要点。
研究表明，窗框刚度设计的关键是设计合理的窗框宽度：铰链布置与设计时，横置安装的铰链比纵置安装铰链抗垂向变形能力更强；车门扭转刚度设计应重点考虑锁扣的位置和加强板的结构形式；外板抗凹设计的关键是提升腰线加强板的刚度。
【总页数】5页(P31-35)
【作者】王力
【作者单位】广州洗车集团股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TS653
【相关文献】
1.逆向造型设计在汽车车门设计中的应用技术研究
2.CAE技术在汽车车门结构性能设计中的应用
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cae在汽车设计中的应用
cae在汽车设计中的应用CAE（计算机辅助工程）在汽车设计中的应用导语：随着科技的发展和计算机技术的日益成熟，计算机辅助工程（CAE）在汽车设计中的应用越来越广泛。
本文将重点探讨CAE在汽车设计中的应用领域和优势，以及其对汽车设计带来的影响。
一、CAE在汽车设计中的应用领域1. 结构分析：CAE可以通过有限元分析（FEA）来对汽车的结构进行模拟和分析，以评估其强度、刚度和耐久性。
通过对各种载荷情况下的模拟测试，可以帮助设计师优化车身结构，提高整车的安全性和耐久性。
2. 碰撞仿真：通过CAE的碰撞仿真技术，设计师可以在计算机上模拟不同碰撞情况下的车辆行为，以评估车辆的安全性能。
通过对车身和座椅的碰撞仿真，可以优化车辆的结构设计，提高乘员的安全性。
3. 空气动力学分析：CAE可以通过流体力学仿真技术对汽车的空气动力学性能进行模拟和分析。
通过优化车身外形和风道设计，可以降低车辆的风阻系数，提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。
4. 声学分析：通过CAE的声学分析技术，可以对汽车的内部和外部噪声进行模拟和分析。
通过优化车辆的隔音材料和噪声控制装置，可以提高车辆的乘坐舒适性和降低噪声污染。
5. 热流分析：CAE可以通过热流分析技术对汽车的冷却系统和排气系统进行模拟和分析，以评估其热性能。
通过优化散热器和风道设计，可以提高车辆的散热效率，保证发动机的正常运行。
二、CAE在汽车设计中的优势1. 提高设计效率：CAE可以通过模拟和分析技术快速评估各种设计方案的性能，避免了传统试验方法的时间和成本消耗。
设计师可以在计算机上进行多次仿真测试，快速找到最优设计方案，提高设计效率。
2. 降低成本：通过CAE的模拟和分析技术，可以在设计阶段就发现和解决潜在的问题，避免了在实际制造阶段才发现的问题，从而降低了开发成本和生产成本。
3. 提高产品质量：CAE可以通过模拟和分析技术对汽车的性能进行全面评估，从而提高产品的质量和可靠性。
MPV车门CAE分析与设计
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｏ ｒ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｗｅ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｔ ｏ Ｈｅ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ，ａ ｎ ｄ ｄ ｏ ｓ ｏ ｍｅ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ｉ ｎ ｇ，ｒ ｅ ｐａ ｉ ｒ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｍｐｌ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ｔｈ ｅ ｎ ｗｅ ｍｅ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｔ ｕ ｐ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
（ １ ． 重庆科技学院， 重庆 ４ ０ １ ３ ３ １ ； ２ ． 重庆大学 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ０ ） 摘 要： 将设计的车门三维模 型导入 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ中进行几何清理、 修 复及 简化 ， 并划分 网
格， 建立 了车门零部件有限元模型及车门总成结构有限元模型。赋予车 门各零件物理属性和厚
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设计目标值 16.0mm 18.0mm 22.0mm 14.0mm 14.0mm 16.0mm 12.0mm
从上面的计算结果看，对车门内板的封板区域进行结构 优化后，提高了车门总成的垂直刚度和上 / 下扭刚度，使得车 门总成标准刚度达到了设计目标值，满足了设计要求。
3 结束语
目前，CAE 技术在汽车设计阶段的应用已经非常广泛和 成熟，特别是在新车的开发设计中发挥着越来越重要的作用。 采用 CAE 技术对于减少试验次数、降低生产成本、缩短新车 开发时间等都有很明显的优势。由于车门总成的标准刚度评 价项目较多，计算时相对较复杂，如果每次车门总成上的更 改，都需要进行标准刚度的校核计算，那么 CAE 的分析计算 工作量将大大增加，而通过本文设定的评价内板刚度的方法， 改进了内板刚度后，最终仅需要一次验算，就能达到校核整个 车门总成的标准刚度要求，避免了重复计算，减少了计算过 程，提高了设计效率。
用上面首次车门内板的优化结果再进行 CAE 分析，得出 如下的分析结论和数据，可以看出，通过优化车门内板的结 构，对于提高车门总成的刚性有较明显的作用，但对于加载点 的位移仍然较大，说明车门总成在安装完功能件如升降器等 以后，在升降器等功能件进行工作时，门内板会有较大的移动 （俗称门呼吸），这表示车门总成刚度还是不够，所以还需要通
标准刚度的要求进行校核，计算结果如表 6 所列。
表 6 优化结果校核计算表
分析工况 垂直刚度 Vertical Rigidity 上扭刚度 Torsion Rigidity Upper 下扭刚度 Torsion Rigidity Lower
窗框刚度 Upper frame Rigidity
计算结果 15 14 16 12 12 13 10
约束好整个车门总成的包边周圈，在如图 5 所示的车门
图 5 车门总成垂直刚度加载示意图
图 7 车门内板原始方案分析示意图
表 3 优化前车门内饰板区域刚度值
比较项目 X 项目滑移门初始方案
内板最大位移 内板最大位移
（mm）
目标值（mm）
6.296
4
加载点位移 （mm） 4.796
加载点位移 目标值（mm）
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Equipment Manufactring Technology No.6，2009 过优化门内板的结构来提高车门总成的刚性。
图 10 再次优化后的方案
图 8 车门总成优化方案示意图
图 9 车门内板首次优化后分析示意图
表 4 首次优化后车门内饰板区域刚度值
比较项目
车门初始方案 首次优化方案
（1）减小了右下侧的安装提高刚性。
（2）在右上侧的安装工艺孔周圈尽可能的增加了一些沉 边。优化后的方案如图 10。
用上面的再次的优化结果再进行 CAE 分析，得出如下的 分析结论和数据，从数据可以看出，通过再次的优化，车门内 板上的最大位移值和加载点的位移值均有了一些改善，并且 也都达到了预定目标，优化后的结果基本满足了设计要求。
1 车门总成的 CAE 刚度分析
1.1 车门刚度简介 车门刚度一般包括：垂直刚度，上扭刚度，下扭刚度，窗框
刚度（如图 1）。
1.2 各种刚度 CAE 分析模型建立及说明 （1）各种刚度的约束方式： 1）垂直刚度 Vertical Rigidity（如图 2）。
约束上滑轨 中 心 X，Y， 两个方向平 动自由度
The Application on the Design of Truck Door of CAE Simulate Analyze
CAO De-le (SAIC GM Wuling Automobil Co., Ltd., Technical Development Center , Liuzhou Guangxi 545007,China)
1.5
从表 3 中数据可以看出，在玻璃升降器摇柄安装位置施 加 Y 向 200N 的力时，内板的的最大位移和加载点的位移都 较大，离我们设定的目标值还有一些距离，说明车门总成的刚 度还较差。 2.2 首次优化方案
为了提高车门总成的刚度，经过分析提出了如下的优化 方案，该方案的主要更改是：
减小了内板左侧工艺安装孔，同时在孔的一整周圈增加 了沉边，以此增加刚度，同时在右下侧的工艺安装孔也增加了 三边的沉边，同时缩小右侧的两个工艺安装孔的大小。优化后 的方案如图 8。
表 5 再次优化后车门内饰板区域刚度值
项目
车门初始方案 首次优化方案 再次优化方案
内板最大位移 （mm） 6.296 4.059 2.424
内板最大位移 目标值（mm）
3 3 3
加载点位移 （mm） 4.796 3.129 1.55
加载点位移 目标值（mm）
1.5 1.5 1.5
2.4 标准刚度验算 根据上面最后一次的优化结果，再进行一次前面的各种
2 车门内板的优化设计
2.1 原始方案
图 4 窗框刚度的约束
表 1 各种刚度的加载方式
分析工况 垂直刚度 Vertical Rigidity 上扭刚度 Torsion Rigidity Upper 下扭刚度 Torsion Rigidity Lower
窗框刚度 Upper frame Rigidity
Equipment Manufactring Technology No.6，2009
CAE 模拟分析在车门刚度设计中的应用
曹德乐
(上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西 柳州 545007)
摘要：结合上汽通用五菱汽车股份有限公司某款新车型的车门内板的设计开发，介绍了利用 ＣＡＥ 分析软件为指导 、提高车门内板刚 度的一些方法与技巧，提出了一种运用 ＣＡＥ 分析提高车门总成刚度的新思路 。 关键词：车门；ＣＡＥ；车门总成刚度；标准刚度
载荷说明 锁心位置加垂直向下 900N
1G 重力作用 窗上角加 Y 方向 500N 门下角加 Y 方向 900N 窗上前角外板加 Y 方向 500N 窗上前角内板加 Y 方向 500N 窗上后角外板加 Y 方向 500N 窗上后角内板加 Y 方向 500N
1.3 车门刚度的计算结果及分析 根据上述的模型设定及加载方式，计算出了某款车型的
3) 窗框刚度 Upper frame Rigidity （2）各种刚度的加载方式（如表 1）。
收稿日期：2009- 03- 12 作者简介：曹德乐（1979—），男，广西桂林全州人，工程师，主要负责汽车车身的四门两盖设计开发工作。
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《装备制造技术》2009 年第 6 期
玻璃升降器手柄操作位置施加 Y 向 200N 的力，然后通过测 量车门内板的内饰板区域的最大位移值和施力点位移值来判 定该区域的刚度。
计算结果 19 15 17 12 12 13 10
设计目标值 16.0 18.0 22.0 14.0 14.0 16.0 12.0
从表 2 的计算结果看，目前的车门总成的垂直刚度无法 满足设计目标。经过分析发现，垂直刚度不足的主要原因，是 内板封板区域刚度不足。为了在改进内板的过程中，不重复计 算上面的几种标准刚度。特别设定了评价车门总成的内饰板 区域刚度的方法，该方法的约束设定和加载方式如下：
后侧门总成的各种刚度值见表 2。
图 6 车门内板原始方案图
表 2 某款车型后侧门总成的各种刚度值（mm）
分析工况 垂直刚度 Vertical Rigidity 上扭刚度 Torsion Rigidity Upper 下扭刚度 Torsion Rigidity Lower
窗框刚度 Upper frame Rigidity
约束中滑轨 中心 X，Y，Z 三个方向平 动自由度
约束下滑轨 中心 X，Y，Z 三个方向平 动自由度
图 2 垂直刚度的约束
2) 上 扭 刚 度 Torsion Rigidity Upper / 下 扭 刚 度 Torsion Rigidity Lowe（r 如图 3）。
图 1 车门刚度示意图
图 3 上扭 / 下扭刚度的约束
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中图分类号：U463.83+4
文献标识码：B
文章编号：1672- 545X（2009）06- 0144- 03
随着经济的不断发展，汽车慢慢已经作为普通消费品进 入千家万户，车门作为车身的重要部件，承担着整车密封，并 且安装承载了大量的功能件，例如玻璃、玻璃胶条、车门锁、车 门升降器及电机、玻璃导轨、门内饰板等等各种功能零件。
内板最大位移 （mm） 6.296 4.059
内板最大位移 目标值（mm）
3 3
加载点位移 （mm） 4.796 3.129
加载点位移 目标值（mm）
1.5 1.5
2.3 再次优化方案 根据首次优化方案的 CAE 分析结果看，该方案对于内板
的最大位移及加载点的位移都有了一些改善，但是离我们设 定的目标还有一些距离，所以还需要继续优化，经过分析，我 们提出了再次优化的方案，本次优化的主要更改是：
由于车门上承载着上述各种功能零件，任何功能件的失 效都将可能导致客户的抱怨，严重的甚至产生危险，这样就对 车门本体的刚度提出了很高的要求，由于车门总成由内外板 及一些加强板焊接包边而成，所有的功能零件都是通过螺栓 或其他手段固定在车门内板上，所以车门内板的强度就很大 程度决定了车门总成的强度。为了保证车门内板有足够的刚 度承载车门上的所有功能件，我们可以通过 CAE 分析来校核 各个设计方案是否满足了我们的刚度需求，并且提出一些相 应的优化方案，从结构上来提高内板及车门总成的刚度。