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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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束和戦背模型 7. 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90

9、N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)。