CAE分析報告在汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中的應(yīng)用

CAE分析在汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用-機械制造論文CAE分析在汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用撰文/鄭州日產(chǎn)汽車有限公司技術(shù)中心 湯堯 蘭天亮 王少偉本文詳細地介紹了汽車引擎蓋在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段所需要的相關(guān)CAE分析，對汽車引擎蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案給出了量化的評價依據(jù)。通過 CAE分析，不 但可以有效地縮短其產(chǎn)品設(shè)計周期， 降低其設(shè)計開發(fā)及試驗驗證的相關(guān)費用， 還 可以為產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)改進和性能優(yōu)化提供方向指導(dǎo)。一、引言汽車引擎蓋是汽車前端模塊中較為重要的組成部分，其作用不僅僅是保護發(fā)動機，還有著被動保護行人安全的作用。隨著 CAE和計算機技術(shù)的快速發(fā) 展，越來越多復(fù)雜的非線性問題都可以通過 CAE軟件來模擬分析，使設(shè)計者可 以客觀地評價設(shè)計結(jié)果，為已設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化指出改善方向。本文以CAE在某車型引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體分析為例， 簡述CAE在 汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用。二、CAE分析在汽車引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用本文利用Hyperworks 軟件對引擎蓋總成采用殼單元進行網(wǎng)格劃分， 可得157000個單元。在安裝螺栓孔位置和焊點處作 RBE2 SPIDER連接，內(nèi) 外板粘膠處作一層solidmap 實體單元。引擎蓋的有限元分析模型如圖1所示圖1引蓼蓋的有限元分析礎(chǔ)1. 引擎蓋安裝變形分析（1）約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋前端緩沖塊安裝孔處限制 X、丫、Z向移動自由度 和X、丫、Z向的轉(zhuǎn)動自由度。加載：在引擎蓋鎖插銷處施加222N的力，并對引擎蓋總成施加重力載 荷。約束和加載模型如圖2所示。圖2亍孥畫空每二吃務(wù)旳約M汕戰(zhàn)橈聖（2）分析結(jié)果。通過計算可知引擎蓋總成的安裝最大變形量為0.74mm，滿足設(shè)計要求S3引肇蕃麼裝變形分析云圖2. 引擎蓋邊緣變形分析（1）約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋前端緩沖塊安裝孔處限制 X、丫、Z向移動自由度 和X、丫、Z向的轉(zhuǎn)動自由度。加載：分別在side beam 和rear beam 上施加222N的力，并施加重 力載荷。約束和加載模型如圖4所示。S4引蓋邊舞變形甘析約束和栽禱解（2）分析結(jié)果。通過計算可知，在第一種工況下引擎蓋邊緣的最大位移量為 1.21mm， 在第二種工況下引擎蓋邊緣的最大位移量為 0.25mm，滿足設(shè)計要求（最大位 移量v 10mm ） o分析云圖如圖5所示。界一甘工況分析云亀第二檸工況令析云屈圖5引竽査選緣變形分祈云圖3. 引擎蓋下拉變形分析(1)約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋中部緩沖塊安裝孔處限制 X、丫、Z向移動自由度 和X、丫、Z向的轉(zhuǎn)動自由度。加載：在引擎蓋鎖插銷處施加222N的力，并對引擎蓋總成施加重力載 荷。約束和加載模型如圖6所示。(2)分析結(jié)果。通過計算可知，最大應(yīng)力約為152MPa，不會產(chǎn)生永久變形，滿足設(shè)計圈F引孥蓋下拉變形分析云圈4. 引擎蓋扭轉(zhuǎn)剛度分析(1 )約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋右前緩沖塊安裝孔處限制 X、丫、Z向移動自由度 和X、丫、Z向的轉(zhuǎn)動自由度。加載：在引擎蓋左前緩沖塊安裝孔處的 Z向施加180N的力，并對引擎 蓋總成施加重力載荷。約束和加載模型如圖 8所示。線奧in祐冃七粵S8于攀蓋茬轉(zhuǎn)謝度弁折約套打心總模季(2)分析結(jié)果。通過計算可知，Z向的最大位移約為10.63mm，弓I擎蓋x向力臂長490mm ，故計算出扭轉(zhuǎn)角 B=arctg(dz/x)=1.24，而加 載點的扭矩為圖9所示引桂蓋扭轉(zhuǎn)剛度分新兀5. 引擎蓋沖擊分(1)約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋前端緩沖塊安裝孔處限制 X、丫、Z向移動自由度 和X、丫、Z向的轉(zhuǎn)動自由度。加載：對引擎蓋總成施加 4倍的重力加速度。約束和加載模型如圖 10 所示。屋10亍肆壷川擊分旺紇盍老致憧嗤聖(2 )分析結(jié)果通過計算可知，在4倍的重力加速度作用下,引擎蓋總成的最大位移為® 11引擎蚩油二分柝彌6. 引擎蓋手掌壓痕分析(1)約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋鎖扣處限制 X、丫、Z向移動自由度和X、Z向的 轉(zhuǎn)動自由度。加載：對引擎蓋總成的中間100 X 100mm的區(qū)域上施加450N的力。 約束和加載模型如圖12所示。匱12弓宰差孚字吁渥分垢紇臺和航荷僅塑I(2)分析結(jié)果。通過計算可知，手掌附近區(qū)域最大 MISES應(yīng)力為94.5MPa，滿足設(shè)計要求(最大 MISES應(yīng)力v 180MPa )。M 13引孳蚩3車j痙：HF.S14引攀蠡凹墻厲度分折詼?zhǔn)蛻楸衬Ｐ?. 引擎蓋凹陷剛度分析(1 )約束和加載。約束：在鉸鏈安裝螺栓孔處施加約束，限制X、丫、Z向移動自由度和X、 Z向的轉(zhuǎn)動自由度。在引擎蓋鎖扣處限制X、丫、Z向移動自由度和X、丫、Z向 的轉(zhuǎn)動自由度。加載：對引擎蓋總成的后端75 X 75mm的區(qū)域上施加90N的力。約束 和加載模型如圖14所示。(2)分析結(jié)果。通過計算可知，引擎蓋最大位移量為 0.0824mm，滿足設(shè)計要求(最大 位移量v 6.35mm )。分析云圖如圖15所示。窗比引祚盡凹陷肌度分桁云圖8.結(jié)論根據(jù)以上分析可知，CAE對引擎蓋所作的相關(guān)分析，均滿足設(shè)計要求。四、結(jié)語本文對引擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要作的 CAE分析項目作了詳細說明，為引 擎蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案驗證提供了一種很好的方法。通過所述項目的CAE分析，可以避免其在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段方案驗證不足造成后期試裝、 評價時問題再現(xiàn)所產(chǎn)生的 應(yīng)對周期長、費用高等問題，為其結(jié)構(gòu)改進和優(yōu)化提供量化的依據(jù)。