某商用车后视镜系统力学性能仿真研究

李炎

某商用车后视镜系统力学性能仿真研究

李炎

（江西五十铃汽车有限公司 制造部，江西 南昌 330010）

文章基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用车后视镜系统进行了CAE模态，强度和刚度分析，分析结果显示，后视镜模态避开了发动机共振频率，强度和刚度性能要优于竞品车型后视镜性能，同时对后视镜系统进行了NVH模态测试，与CAE分析结果趋势对标一致，综合评价满足设计目标。

商用车；后视镜；力学性能

1 引言

随着国家经济复苏快速发展，商用车销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。商用车外后视镜是保障行车安全，提供驾驶便利的汽车外观组成零件[2]，而良好的强度、NVH、刚度性能对于后视镜系统来说，具有重要的影响作用。

本文基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用车后视镜系统进行了CAE模态，强度和刚度分析，分析结果显示，后视镜模态避开了发动机共振频率，强度和刚度性能要优于竞品车型后视镜性能，同时对后视镜系统进行了NVH模态测试，结果显示，与CAE分析结果趋势对标一致，综合评价满足设计目标。

2 后视镜系统CAE分析

2.1 模态分析理论

结构系统固有模态频率及其模态振型是分析结构振动特性的基础，通过模态分析可以确定结构的振动特性[3]。

后视镜的振动方程为[4]：

式（2）中，为结构固有频率，当后视镜固有频率和工作频率接近，会出现共振风险，产生较大振幅，降低其寿命。

2.2 后视镜系统有限元模型

本文采用Hyperworks软件，对某商用车后视镜系统（图1）进行了有限元建模，网格尺寸大小4mm，后视镜杆为DC01材料，后视镜头采用一维Mass单元模拟，质量为3.9Kg，对门铰链约束全自由度，提取其模态频率和振型，有限元模型如图2所示。

图1 某商用车后视镜

图2 商用车后视镜FEA模型

2.3 后视镜模态分析

经Hypermesh建模后，采用Nastran软件对后视镜系统进行模态分析，得到如图3所示的频率分布和振型图，其中1阶频率27Hz，而2阶频率30Hz，避开了发动机共振频率。

图3 后视镜系统模态分析结果

2.4 后视镜强度分析

本文对某商用车后视镜进行了强度分析，工况为：X向3g，Y向3g，Z向5g，同上述模态分析约束条件一致，约束铰链全自由度，得到如图4的车门和后视镜杆系强度分析结果。

表1为后视镜系统三个工况下的强度分析结果汇总表，其中X向3g工况，车门最大应力为89.5MPa，小于DC05材料屈服强度，外后视镜杆最大应力为10.6MPa，远小于SPCC材料屈服强度。Y向3g工况，车门最大应力为130.7MPa，外后视镜杆最大应力为9.9MPa，Z向5g工况，车门最大应力140MPa，外后视镜杆最大应力23.9MPa，均小于对应材料屈服强度。

表1 后视镜系统强度分析结果表

2.5 后视镜刚度分析

本文对某商用车框架式后视镜系统进行刚度分析，约束门铰链全自由度，在外后视镜质心位置处加载Z向F=200N，边界条件如图5所示。

图5 后视镜系统刚度分析边界条件

按照上述边界条件，对基础车和竞品车后视镜进行了刚度对比分析，竞品车后视镜系统最大位移为1.35mm，研究车型最大位移为0.94mm（图6）。

图6 后视镜刚度分析结果

表2为后视镜系统刚度对比分析结果，F=200N，竞品刚度为147.5N/mm，而研究车型刚度为212.1N/mm，优于竞品。

表2 后视镜系统刚度对比分析

3 后视镜系统NVH试验分析

本文采用LMS测试设备，对某商用车后视镜系统进行了模态测试试验，共获得左右后视镜系统前2阶模态试验结果，如图7所示，其中后视镜1阶频率为20Hz，2阶频率为29Hz，与CAE模态分析趋势结果对标一致。

图7 后视镜模态测试结果

4 结论

本文基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用车后视镜系统进行了CAE模态，强度和刚度分析，分析结果显示：

（1）后视镜系统一阶模态为27Hz，二阶模态为30Hz，避开了发动机怠速频率；

（2）后视镜系统和车门在各工况下，最大应力都在材料屈服强度以下，满足静强度要求；

（3）后视镜系统刚度性能要优于竞品车后视镜系统刚度性能；

（4）NVH模态实测结果与CAE分析结果对标一致性较好。

综上，本文研究的商用车后视镜系统模态，刚度和强度性能满足设计目标。

[1] 周冬龙.基于虚拟迭代的某轻卡后桥疲劳分析研究[D].山西:中北大学,2019.

[2] 裴正骅.汽车外后视镜造型设计研究-以荣威360车型为例[D].甘肃:兰州理工大学,2019.

[3] 陈军.Adams 技术与工程分析实例[M].北京:中国水利水电出版社,2008.

[4] 木标.某客车车架结构性能分析及优化[D].合肥:合肥工业大学, 2013.

Simulation Study on the Mechanical Properties of Rear View Mirror System of a Commercial Vehicle

Li Yan

（Jiangxi Isuzu Motors Co., Ltd. Manufacturing Department, Jiangxi Nanchang 330010）

In this paper, based on the finite element method and Nastran software, CAE strength, model and stiffness analysis of the rear view mirror system of a commercial vehicle are carried out. The analysis results show that the NVH model avoids the resonance frequency of the engine, and the strength and stiffness performance are better than those of the competitive models. At the same time, the NVH modal test is carried out, which is consistent with the trend of CAE analysis, the evaluation meets the design objectives.

Commercial vehicle; Rear view mirror system; Mechanical properties

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.030

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

U463.85+6

A

1671-7988(2021)02-93-03

李炎，就职于江西五十铃汽车有限公司制造部。