摘　要：四門兩蓋是乘用車的重要組成部分，車門作為重要構件，應當具備足夠的剛度強度和抗振性能，本文利用LS-DYNA 隱式算法對其進行有限元仿真分析計算，為車門設計驗證提供可靠的理論依據。

1 引言

車門是車身的重要組成部分，當車門剛度不足，容易造成車門開啟困難、密封不好、漏風滲雨等問題，從而導致車門產生噪聲和振動，大大降低乘坐舒適性，使得人員體驗度下降，降低產品質量。因此，對車門進行下沉剛度分析很有必要，有限元分析是驗證車門剛度的重要手段。

Hyperworks是汽車行業(yè)廣泛應用的前后處理軟件，其與多個求解器軟件有很好的接口，比如Abaqus、LS-DYNA、Nastran、Ansys、O p t i s t r u c t等，汽車行業(yè)一般用Hypermesh為其他求解器搭建有限元模型。LS-DYNA能夠模擬真實世界的各種復雜問題，非常適合求解三維非線性結構的碰撞、金屬成型等非線性動力學沖擊問題，以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法，以顯式算法為主并有隱式算法，是通用的結構非線性有限元分析程序。

本文利用Hyperworks軟件對車門建立有限元模型，在Hypermesh中搭建LS-DYNA求解器的CAE模型，在LS-DYNA中用隱式算法進行求解，對設計車前車門進行下沉分析，以了解其抵抗垂向變形的能力，為結構設計提供參考依據。

2 某轎車前車門有限元模型

針對某新型電動乘用車前車門下沉分析所用有限元模型，如圖1所示。

有限元建模過程中，對模型進行幾何清理和幾何簡化，對薄板進行抽中面處理，鉸鏈保留實體，劃分實體單元，截取白車身部分，用鉸鏈與其連接，白車身和車門部分用點焊和二氧化碳保護焊連接，前擋風玻璃和前車門玻璃用膠粘連接。網格采用四邊形、三角形和四面體單元，用8mm大小劃分網格，三角形單元總數不超過5%，該有限元模型重量為25.6Kg，節(jié)點數量為264882，單元數量為255874。

3 前車門材料屬性

前車門所用材料屬性如表1所示。

4 邊界條件

4.1　約束

約束車身斷面處的平動自由度；約束車身與底盤連接處的全部自由度；約束鎖扣處的側向平動自由度；考慮鉸鏈與側圍外板和車門內板之間的接觸作用；考慮側圍外板和車門內板與各自加強板之間的接觸作用。

4.2　載荷工況

Step1：施加車門總成自身重力；

Step2：保持車門自身重力，在門鎖處施加沿Z 軸負向的載荷1000N；

Step3：保持車門自身重力，移除外載。

其約束和載荷工況如圖2 所示。

圖2 約束和載荷工況

5 計算結果與分析

5.1 工況一

車門在自重工況下的位移云圖如圖3 所示，從圖中可以看出車門在自重下的最大變形量為1.78mm，發(fā)生在車門右上角。車門在自重工況下兩鉸鏈處的應力云圖如圖4 所示，從圖中可以看出下鉸鏈處所受應力較大，最大應力值為255MPa。

圖3 自重下車門的Z 向位移

圖4（a）上鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

圖4（b）下鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

5.2 工況二

車門在保持車門自身重力，在門鎖處施加沿Z 軸負向的載荷1000N 工況下的位移云圖如圖5 所示，從圖中可以看出車門在自重下的最大變形量為9.83mm，發(fā)生在車門右上角。車門在保持車門自身重力，在門鎖處施加沿Z 軸負向的載荷1000N 工況下兩鉸鏈處的應力云圖如圖6 所示，從圖中可以看出上下鉸鏈處所受應力相差不大，最大應力值為386MPa。

圖5 門鎖處施加沿Z 軸負向的載荷

1000N 車門的Z 向位移

圖6（a）上鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

圖6（b）下鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

圖7 移除外載工況下車門的Z 向位移

5.3 工況三

車門在保持車門自身重力，移除外載工況下的位移云圖如圖7 所示，從圖中可以看出車門在自重下的最大變形量為3.07mm，發(fā)生在車門右上角。車門在保持車門自身重力，移除外載工況下兩鉸鏈處的應力云圖如圖8所示，從圖中可以看出下鉸鏈處所受應力較大，最大應力值為278MPa。

圖8（a）上鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

（b）下鉸鏈附近區(qū)域應力云圖

圖9 門鎖處的垂向位移變形圖

表2 門鎖處垂向位移

6 結論

通過對車門在三種不同工況下進行有限元分析，可以得出門鎖處的垂向位移變形圖，如圖9 所示。在車門下沉分析過程中，主要評判指標是門鎖處的垂向位移是否小于目標值，從表2 可明顯看出，在自重下，門鎖處垂向位移為1.27mm，在工況二下，門鎖處的垂向位移為7.46mm, 卸載后的殘余變形為0.79mm，該車門門鎖垂向位移均小于目標值，符合設計要求，估可應用在實際車型中，為車門設計提供理論依據。

參考文獻：

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來源：百度學術