第２２卷增刊２２０１３年１０月计算机辅助工程ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．２２ｓｕｐｐ１．２Ｏｃｔ．２０１３汽车文章编号：１００６—０８７ｌ（２叭３）Ｓ２．００３ｌ－０５基于Ａｂａｑｕｓ的汽车发动机罩应力响应分析邓雄志，王力，邱俊杰（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院仿真分析部，广州５１１４３４）摘要：利用Ａｂａｑｕｓ建立某汽车发动机罩的详细模型，对发动机罩的关闭过程进行显式动力学仿真，研究发动机罩大力关闭时的应力响应．通过试验测试发动机罩局部的应变，并与计算结果对比分析．结果表明该方法可准确预测发动机罩关闭时的瞬态应力响应，指导发动机罩的强度耐久设计．关键词：发动机罩；应力响应；动力学仿真；强度；耐久性；Ａｂａｑｕｓ中图分类号：Ｕ４６３．８３３；ＴＢｌｌ５．１文献标志码：ＢＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｕｔｏｍｏｔｉＶｅｈｏｏｄｂａｓｅｄｏｎＡｂａｑｕｓＬｉ，ＱＩＵＪｕｎｊｉｅＤＥＮＧＸｉｏｎｇｚｈｉ，ＷＡＮＧ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｌｏｆＳｉｍｕｌａｆｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓ，ＡｕＩｏｍｏｆｉＶｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４３４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｅｔａｉｌｅｄａｕｔｏｍｏ“ｖｅｈｏｏｄｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈＡｂａｑｕｓ，ａｎｅｘｐｌｉｃｉｔｄｖｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｌｏｓｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｏｏｄｉｓｐｅＩ。ｆｂＨＩｌｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｏｏｄｄｕｒｉｎｇｖｉｇｏｒｏｕｓｃｌｏｓｅｐｒｏｃｅｓｓｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．ＴＴｈｅｌｏｃａｌｓｔｒａｉｎｏｆｈｏｏｄｉｓｔｅｓｔｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓａｃｃｕｒａｔｅｔｏｆｂｒｅｃａｓｔｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｈｏｏｄｄｕｒｉｎｇｃｌｏｓｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｓｔｒｅｎ昏ｈａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｏｆｈｏｏｄ．ＫｅｙｗｏＨＩｓ：ｈｏｏｄ；ｓｔｒｅｓｓｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔｒｅｎ射ｈ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ＡｂａｑｕｓＯ引言高的操作，设计时必须保证发罩在经过多次开闭后钣金无开裂、锁系统锁止正常以及周围偏移量不致干涉等品质．、¨目前，发罩开闭性能的评估主要通过开闭耐久试验实现，耗时长、成本高．采用ＣＡＥ方法对发罩关闭过程进行模拟仿真，能大大缩短开发周期，并节约试验成本，是发罩开发过程中必不可少的技术手段之一．目前，发罩的开闭仿真普遍采用惯性释放的方法．口ｈ陨性释放法实质是一种静态分析方法，而发罩关闭的过程是一种瞬态过程，采用惯性释放法不发动机罩（以下简称发罩）是汽车的重要组成部分，也是最重要的外覆盖件之一．一方面，其造型影响汽车的整体视觉效果；另一方面，其具有隔热、隔音以及保护发动机的作用．发罩的结构设计除需要考虑外板的造型效果，还需要进行强度耐久方面的性能验证，其中，发罩的开闭耐久性能是最重要的考察项目之一．发罩的开闭是汽车在使用过程中出现频次比较收稿日期：２０１３．０８．０６作者简介：邓雄志（１９８５一），男，湖北荆州人，工程师，研究方向为车辆强度耐久仿真，（Ｅ—ｍａｊ】）ｄｅｎ影ｉｏｎｇｚｈｉ＠ｇａｅｉ．ｃｎ３２计算机辅助工程２０１３卑能准确模拟用户关闭发罩的过程，因此必须采用瞬态分析方法．川ＣＯＮＮ３Ｄ２单元模拟．该锁系统模型是多柔体系统模型，能够准确模拟发罩锁的锁止过程，允许锁扣在锁本文利用Ａｂａｑｕｓ，建立某Ａ级轿车的锁系统柔性多体动力学模型和发罩有限元模型，精确模拟缓冲块和胶条等缓冲元件，采用动力学分析方法准确模拟发罩关闭过程的瞬态应力响应，然后与试验结销间隙游动，克服传统连接单元瞬间锁止导致局部瞬态应力过大的问题．果进行对比，验证该分析方法可以准确预测发罩关闭过程的应力响应．１有限元模型１．１缓冲元件模型发罩上的缓冲元件包括胶条、缓冲块、气弹簧和扭转弹簧等，本文主要考虑缓冲块和胶条．缓冲块是圆柱形结构，直径为１０ｍｍ，采用实体单元模拟．材料的弹性模量为３５０ＭＰａ，泊松比为０．３９，其有限元模型见图１．图２发罩锁系统有限元模型１．３发罩模型发罩由发罩内板、外板、锁扣加强板、外板加强板、铰链加强板和隔音棉等组成．其中，隔音棉用集中质量模拟，用分布耦合单元连接于内板钣金．１７ｏ发罩用铰链连接于白车身，为分析准确，截取前半个车身模型，模型中所有ＳＨＥＬＬ单元都采用减缩积分单元，总计单元２５１１９６个，节点２７４２４０个，分析模型见图３．图１缓冲块有限元模型在理想状态下，胶条模拟采用精细网格建立胶条的实体模型，并采用超弹性材料模拟．＿４』一方面，超弹性材料在显式动力学分析中稳定性不好，也不易收敛，由于网格精细将导致分析时间超长；另一方面，为保证分析的准确性，需要对材料的各项参数进行大量的标定和研究，将耗费大量的成本．因此，需要采取一种更经济、实用的方法进行模拟．本文通过定义胶条与钣金接触过程中接触面的图３发罩有限元模型（带部分车身）接触属性模拟胶条的性能．接触对的定义方式为：前机舱与胶条接触的钣金位置单元面定义为主面，发罩上与胶条贴合部分的单元面定义为从面．胶条接２动力学分析发罩的关闭过程经历３个阶段．第一阶段，发罩绕铰链轴自由旋转，直到接近关闭位置时与胶条接触属性的获取方法参考文献［５］．１．２锁系统模型锁系统的模拟方法和锁止方式直接影响发罩关闭后的应力响应，因此准确模拟锁系统是分析发罩触；第二阶段，发罩与胶条部分接触，同时与缓冲块接触；第三阶段，发罩与胶条及缓冲块完全接触并产生挤压，同时锁系统锁止．整个关闭过程中，第三阶段包含发罩内板及加强板应力较大的几个应力循环坤Ｊ，是分析过程中最应力响应的关键．。６—１发罩锁系统有限元模型见图２，其中，钣金件采用ＳＨＥＬＬ单元模拟，锁销、锁扣等比较厚的结构采用ＳＯＬＩＤ单元模拟，扭转弹簧等弹性元件采用＾ｌｆｐ：／／ｗｗｗ．ｃ＾ｉｎａｃａｅ．ｃｎ重要的阶段之一，因此进行动力学分析时只研究发罩关闭过程的第三阶段即可．分析的边界条件和工况设置如下：约束车身端第Ｓ２期邓雄志，等：基于Ａｂａｑｕｓ的汽车发动机罩应力响应分析３３所有节点六向自由度，发罩的开启角度为３０；给整个发罩施加绕铰链轴的初始角速度，使发罩锁扣处的线速度为１．５ｍ／ｓ；同时考虑发罩总成的质量，给发罩系统施加重力场。叽１０ｊ．采用Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ分析模块进行计算，总时长设置为０．１ｓ．计算完成后，提取结果文件，检查锁的锁止状态、能量变化以及伪应变能与内能的比例关系．在工程应用中，动态分析过程要求总能量变化不超过５％，伪应变能与内能的比值小于１０％．一¨分析结束时锁止后的锁系统状态示意见图４，可知，整个锁系统正常锁死．模型能量变化历程见图５，系统总能量变化幅度为０．５％，伪应变能与内能的比值约为图５模型能量变化历程模型合理性检查通过后，查看结构的应力响应．发罩内板在锁安装孑Ｌ附近、前缓冲块安装孔、后缓冲块缓冲平面以及中部折弯开槽附近出现应力峰值，应力大小分别为１５９．８０，１６１．６３，１６１．６０和１６１．６３ＭＰａ，见表１．表ｌ位置前缓冲块安装孔５．３７％，计算结果合理、可靠．应力结果最大应力／ＭＰａ１６１．６３１５９．８０１６１．６０１６１．６３出现峰值应力时刻／ｓＯ．０３３３０Ｏ．０４ｌ６７０．０４５ｏｏ０．０４６６７锁安装孔附近后缓冲块缓冲平面附近中部折弯开槽附近前缓冲块安装孑Ｌ、锁安装孔附近、后缓冲块缓冲平面附近和中部折弯开槽附近出现峰值应力时刻发罩内板的应力云图见图６，前缓冲块安装孑Ｌ、锁安装孔附近、后缓冲块缓冲平面附近、中部折弯开槽附近图４锁止的锁系统应力历程见图７．Ｅ１萋ｉ【：簇嚣Ｌ，２《∞２曛ＣＯｍＯｗＭＳ９ｃ∞ｗ∞ｒ州Ｆｅｓｓ鑫震嚣－－７ⅢＭ１｝１Ｅ羹：７７日ＥⅫ＝－２《．∞Ｃ州＂Ｐ■Ｓ９ｆｅ｛ｓｃ∞Ｔ㈣ｅｍ【：溪裟Ｌｌ目Ｅｍｒ＇啪Ｅ姐Ｆ篙裟Ｔ・１ｍⅧｉ卜８ｍⅫ●卜７１８ｌ亚．０ＩＣ嚣器—２４３４Ｅ０２｝５ｍＥⅫ｝３Ⅻｗ１■一１７∞Ｅ加１（ｒ）后缓冲块缓冲平面图６（ｄ）中部折弯开槽附近应力云图。ＭＰａｈＨｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ计算机辅助工程１６０．００１５０．００１２０．００１２０．∞２０１３年三９０ＪＤ０目６０．００三８０ＪＤ０倒加００３０．０００．００∞∞０．∞似时回前１８０．００００００．０２０．０４０．０６０．∞０．１０时间（ｓ）料块一１８０．００１５０．００—１２０．００三一９０．００（ｂ）锁安装孔１５０．００—１２０．００罡耄９０．００倒６０加３０．００倒６０ｍ３０．０００．０００ＪＤ００．０２０．０４０．０６０．０８０．１００．００Ｏ．０００．０２０．０４０．０６Ｏ．０８０．１０时间（ｓ）时同（ｓ）（ｒ）后缓冲块缓冲平面图７（ｄ）中部折弯开槽附近应力历程由表ｌ以及图５和６可知，发罩关闭时前缓冲块、后缓冲块和胶条先接触缓冲，然后锁系统锁死，因此，在前缓冲块和锁系统附近先出现应力峰值．锁系统锁止后，柔性锁系统的间隙和柔度允许锁扣游动，同时发罩中部在后缓冲块作用下反复回弹与压装孑Ｌ附近、发罩中部折弯开槽附近贴三向应变花，见图８．紧，使后缓冲块和中部折弯开槽局部保持一定的应力振荡，之后应力慢慢衰减ｌｌ２｜，与实际发罩关闭的应力响应吻合得非常好．发罩内板所用钣金材料屈服极限为１６１．６ＭＰａ，强度极限为３４３ＭＰａ，具有较好的延展性，材料参数见表２，可知，该钣金材料延展性较好，疲劳耐久极限高于屈服极限，发罩内板应力水平在疲劳极限以内，因此不会发生疲劳破坏．表２发罩内板材料参数表参数弹性模量／ＭＰａ泊松比断后伸长率／％数值２ｌＯ０００Ｏ．３４０参数屈服极限／ＭＰａ拉伸极限／ＭＰａ疲劳极限／ＭＰａ数值１６１．６３４３１８７臣型塑蔓■■篁■■■一图８应变测试试验●测得局部应变后，将测试应变与仿真模型中对为进一步验证分析结果，在发罩开闭耐久试验开始前，测试发罩内板局部的应变，以获取发罩内板的应力响应．由于发罩内板的造型问题，无法准确按仿真分析的应力最大位置贴应变片，选择在锁扣安应位置的应变进行对比．锁扣附近应变对比见图９，中部开槽附近应变对比见图ｌＯ．由图９和１０，可知，仿真结果与试验结果应变峰值吻合得较好，且衰减程度相似．ｈｔｆｐ：／／ｗⅥｗ．ｃｈｉｎａｃａｅ．ｃｎ第Ｓ２期邓雄志，等：基于Ａｂａｑｕｓ的汽车发动机罩应力响应分析３５３６００．００结论（１）采用软接触的方法定义胶条的接触属性，。４００．００斟｛爿能避免复杂胶条模型计算代价过大和收敛性的问题，且能有效模拟发罩关闭时胶条的力学属性．（２）采用柔性锁系统模型，能真实、有效地模拟０．０００．０２０．０４０．０６０．０８２００．０００．０００．１００．１２锁的锁止行为，使能量的转化更平稳，克服发罩关闭瞬间计算应力过大的难题．（３）通过对发罩结构的详细建模，准确模拟发罩关闭后的应力响应，获得较准确的应力结果，且计算局部应变与试验结果吻合，验证利用Ａｂａｑｕｓ研究发罩关闭的应力响应具有很高的准确性和工程实用性．时间（ｓ）图９锁扣附近应变对比６∞，００５∞．００—４００．００。３∞．∞｛争ｃ翻２∞．∞ｌ∞．∞０．００图１０中部开槽附近应变对比参考文献：［１］［２］［３］［４］［５］黄金陵．汽车车身设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７．，李旭东，姜慧．汽车引擎盖的有限元分析［Ｊ］．甘肃科技，２０１２，２８（８）：７１－７３．陈少伟．基于密封胶条结构优化的车门关闭轻便性改善研究［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０ｌＯ．王力．有限元技术在汽车悬架橡胶衬套刚度计算中的应用［Ｃ］／／第六届中国ｃＡＥ工程分析技术年会论文集．哈尔滨，２０１０：４０９＿４１３．邓雄志，王力，申苗．基于ＡｂａｑＩｌｓ的汽车车门瞬态应力分析［Ｊ］．汽车技术，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