乘用车车门刚度分析规范

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Q/JLY J711 -2008
乘用车车门刚度CAE分析规范
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浙江吉利汽车研究院有限公司
前言
为了给新车型开发提供设计依据，指导新车设计，评估新车结构性能，结合本企业实际情况，制定出乘用车车门刚度CAE分析规范。

本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。

本规范由浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部负责起草。

本规范主要起草人：李慧梅。

本规范于2008年8月20日发布并实施。

1 范围
本规范规定了乘用车车门刚度CAE分析的软件设施、硬件设施、时间需求、输入条件、输出物、分析方法、分析数据处理及分析报告。

本规范适用于乘用车车门刚度CAE分析。

2 软件设施
乘用车车门刚度CAE分析，软件设施包括以下内容：
a)前处理软件，主要用于有限元网格建模的软件，采用ALTAIR/HYPERMESH；
b)后处理软件，主要用于分析结果查看的软件，采用ALTAIR/HYPERVIEW；
c)求解器软件，主要用于求解的软件，采用MSC/NASTRAN。

3 硬件设施
乘用车车门刚度CAE分析，硬件设施包括以下内容：
a)前、后处理计算机硬件：HP或Dell工作站；
b)求解计算机硬件：HP或Dell工作站。

4 时间需求
4.1 前处理时间
a)无车门有限元模型，完成车门有限元建模，一般需要6～8工作日/1人；
b)存在完整正确的开启件模型，模型前处理一般需要0.5～1工作日/1人。

4.2 求解时间
计算过程中无错误中断，在高配置计算机如DELL或HP工作站上求解时间大约为0.3～0.5小时/次，通常模型调整需要计算3次以上。

4.3 后处理时间
后处理时间包括刚度计算，结构合理性评估，分析报告的编写等，一般需要1～2个工作日/1人。

4.4 总时间计算
完成一个车门的刚度CAE分析需要的时间如下：
a)无车门有限元模型，完成车门刚度CAE分析，需要8～10工作日/1人。

b)存在完整正确的车门模型，完成车门刚度CAE分析，需要2～3工作日/1人；
5 输入条件
乘用车车门刚度CAE分析的车门3D几何模型，数据要求如下：
a)车门各个零件的厚度或厚度线；
b)车门几何焊点数据；
c)车门几何胶粘数据；
d)车门3D CAD数据中无明显的穿透或干涉；
e)车门各个零件的明细表。

5.2 车门有限元模型
车门刚度分析的输入条件主要指车门的有限元模型，一个完整的车门有限元模型中含有：
a)车门各个零件的网格数据；
b)车门焊点数据；
c)车门胶粘数据；
d)各个零件的材料数据；
e)各个零件的厚度数据。

6 输出物
乘用车车门的刚度分析输出物为PDF文档格式的分析报告，针对不同的车型统一命名为《车型刚度分析报告》（“车型”用具体车型代号加车门类别替代如：车型为GC-1，前车门的刚度分析，则分析报告命名为《GC-1前车门刚度分析报告》），报告内容按9规定的内容编制。

7 分析方法
7.1 分析模型
车门总成有限元模型主要包括钣金件、车门铰链等有限元模型。

其中车门铰链采用实体单元模拟，对于销轴的连接采用RBE2单元释放销轴方向的转动自由度模拟连接。

其他均采用壳单元模拟；焊点的连接采用CWELD模拟；防撞杆、车门外板加强板与外板之间采用实体单元（赋予胶的特性）模拟。

7.2 分析模型建立
建立车门有限元模型，应符合下列要求：
a)车门各个零件的网格质量应符合求解器的要求；
b)车门各个零件的材料，须与明细表规定的材料相对应；
c)车门各个零件的厚度，须与明细表规定的厚度相对应；
d)焊点几何坐标须与3D焊点坐标一致，焊点连接的层数须明确，焊点单元用直径为6mm的CWELD单元
模拟；螺栓联接的地方采用RBE2单元，用来模拟螺栓的联接；
建立车门有限元模型，均在前处理软件ALTAIR/HYPERMESH中完成。

7.3 刚度分析
车门刚度分析，包括以下内容：
a)设置刚度分析卡片，定义输出卡片应按照求解器要求进行定义；
b)定义输出结果的输出卡片，其结果类型包括位移、应力；
c)定义刚度分析求解工况，包括垂向刚度、窗框刚度、腰线刚度、内板刚度、喇叭安装点刚度；
d)输出卡片，采用MSC.NASTRAN中SOL101求解车门刚度。

7.4 分析工况
7.4.1 垂向刚度
7.4.1.1 约束条件
如图1所示，
a) 约束车门上下铰链与车身安装孔的自由度，铰链本身的销轴用RBE2单元代替；
b) 约束车门行止点自由度；
c) 约束车门门锁处自由度。

7.4.1.2 载荷条件
如图1所示，在车门锁钩处施加Z轴负向的载荷。

图1 垂向刚度
7.4.2 窗框刚度1
7.4.2.1 约束条件
如图2所示，
a) 约束车门上下铰链与车身安装孔的自由度，铰链本身的销轴用RBE2单元代替；
b) 约束车门行止点自由度；
7.4.2.2 载荷条件
如图2所示，在车门窗框转角处施加Y向的载荷。

图2 窗框刚度1 7.4.3 窗框刚度2
7.4.3.1 约束条件
与窗框刚度1的约束条件一致。

7.4.3.2 载荷条件
如图3所示，在车门窗框中间处施加Y向的载荷。

图3 窗框刚度2
7.4.4 外腰线刚度
7.4.4.1 约束条件
与窗框刚度1的约束条件一致。

7.4.4.2 载荷条件
如图4所示，在车门外板（或外板加强板）窗框中间处施加Y向的载荷。

图4 外腰线刚度
7.4.5 内腰线刚度
7.4.5.1 约束条件
与窗框刚度1的约束条件一致。

7.4.5.2 载荷条件
如图5所示，在车门内板（或内板加强板）窗框中间处施加Y向的载荷。

图5 内腰线刚度
7.4.6 内板刚度
7.4.6.1 约束条件
与窗框刚度1的约束条件一致。

7.4.6.2 载荷条件
如图6所示，在车门内板区域选取四个以上薄弱点，对每个选取点施加Y向载荷。

图6内板刚度
7.4.7 喇叭安装点刚度
7.4.7.1 约束条件
如图7 所示，
a) 约束车门上下铰链与车身安装孔全部的自由度，铰链本身的销轴用RBE2单元代替；
b) 约束车门底端处的自由度；
c) 约束车门门锁处自由度。

7.4.7.2 载荷条件
如图7所示，在扬声器安装孔处，分别对每个安装点施加Y向的载荷。

图7 喇叭安装点刚度
7.5 输入文件类型
输入文件类型指供求解器识别的文件类型，主要包含模型和计算控制参数的Nastran bdf格式的输入文件。

7.6 输出文件类型
输出文件类型指通过求解获得的结果和中间过程的文件：
a)包含计算结果和模型信息的.op2文件；
b)包含模型计算过程的.f06文件。

8 分析数据处理
乘用车车门刚度分析的数据处理主要是对各种工况下力的作用点在作用方向上的位移的获取并计算相应的刚度值。

其刚度值计算公式如下：
（1）
式中：——刚度值，单位牛顿/毫米（N/mm）；
——施加载荷大小，单位牛顿（N）；
——载荷方向上的位移，单位毫米（mm）。

乘用车车门各工况下刚度分析结果，如下表1：
表1 乘用车车门各工况下刚度分析结果
分析时需要仔细察看各零件的位移和应力云图，通过云图分布范围值判定车门结构性能的好坏，对薄弱地方提出改进建议，同时也为后续改进优化工作做好准备。

9 分析报告
乘用车车门刚度CAE分析的分析报告统一为PDF格式的文档，其报告内容如下：
a)分析目的；
b)分析模型概述；
c)分析工况；
d)分析结果；
e)分析文件归档清单。

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