新能源汽车轻量化车门局部补强CAE法分析论文_郑郧 1,2,,刘政 3

郑郧 1,2, 刘政 3

1张家港清研检测技术有限公司江苏，张家港 215600 2张家港清研再制造产业研究院有限公司江苏，张家港 215600 3江苏大学江苏，镇江 212023

随着车身轻量化要求的不断提升，车身外蒙皮材料不断减薄，尤其是车门蒙皮的减薄，有利于提升车门下垂刚度。本文在对某车门在轻量化过程中，针对车门外板局部刚度不足的问题，运用CAE方法分析补强片在车门上的运用。首先，利用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进行局部刚度补强，并对补强片厚度进行优化，得到满足车门刚性条件下在最佳补强方案。

1 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[1]降低减少6%-8% 。目前，汽车轻量化主要有两种途径：一种是采用强度高、质量轻的新型材料，如高强度钢板、铝镁合金、工程塑料（树脂基复合材料）等；另外一种是优化汽车结构设[2]计，如结构件中空化、外板薄壁化。车身蒙皮的减薄，减小车身的局部刚度，车门等外覆盖件容易产生共振，带来车身异响的问题；客户对车门和侧围进行按压时，如果非常容易按入，易给客户产生汽车品质较差的印象，影响汽车品牌形象。

车门结构复杂，主要由外板、内板、防撞梁、玻璃导槽、门铰链及门锁附件等组成。车门的性能包括模态、刚度及抗凹性多个方面。整车行驶过程中，车门处于关闭状态与车身构成一个独立的空间，车门的模态特性应考虑白车身的振动性能，尤其是车门的一阶模态频率应尽可能的避开车身的固有频率，以防止发生共振产生噪音及不舒适感。另外，车门应具有足够的刚度来抵抗各种变形。例如，车门在关闭状态时，会受到自身重量或乘员施加的垂直向下的力，此时要求车门的垂直刚度应满足设计要求，使得车门在垂向力作用下的变形控制在一定范围内，以防止车门门锁处卡死；车门抗凹性是指车门外板在受到外界载荷作用的情况下，防止其凹陷变形的能力。车门的抗凹刚度不仅会影响车门开关可靠性，造成漏风、渗水，行走过程中车门振动及噪声等问题，严重时车门抗凹性能不足引起的变形还会影响到车门锁、车门升降器等车门上的操纵附件的性能。

为了解决这些问题，主机厂一般采用以下方式：在车门上粘贴补强片，这种方式可以针对指压刚性较弱的区域增加补强片，后期也可以根据实车试验结果进行增减补强片。

由于使用成本较低与方便性，补强胶片得到了广泛的运用。但运用过程中一般通过工程经验来粘贴补强胶片，并不一定带来最佳的补强效果。因此对局部刚度进行分析，优化粘贴补强案是十分必要的。

2.补强原理

补强片的性能主要在胶料混合和挤出片材工序控制。各种树脂和橡胶的配比直接决定了补强片的性能。补强片的配方主要由环氧树脂，橡胶（丁腈橡胶，三元乙丙橡胶，丁基橡胶），硫化体系组成，有的产品为了实现轻量化的目的还添加了还有发泡剂。补强片粘贴后随油漆过程烘烤固化到汽车外板，形成的复合材料同时具有金属材料的刚性和非金属材料的韧性，改变了汽车外板的单纯的金属特性，使汽车外板的弯曲强度、刚度、抗冲击性和阻尼效果有明显提高。

3 车门外板刚性试验方法

3.1 CAE分析方法

根据车门3D结构数据，在相对薄弱区域（即表面相对平坦，附近较大区域无支撑板、筋的区域）选择、布置抗凹考察点；依据相关试验标准的规定，建立圆面直径为20mm 的刚性压头模型，载荷为400N，车门外板材料为DC56D+ZF，弹性模量为2.1×10 MPa，屈服强度164MPa；补强片的弹性模量为2400MPa，屈服强度为18MPa，分析前处理软件为Hypermesh，求解出各考察点的位移量，与目标值10mm进行对比；对不满足抗凹分析的考察点区域布置补强片，以提高其抗凹性能，见图2: