某商用单排轻卡前门结构强度性能仿真研究

魏成新，龚小辉，郭浩

（江西五十铃汽车有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330001）

1 引言

随着世界经济复苏和国内双循环经济的快速良好发展，以轻卡为典型代表的商用车型销量得到巨大增长，由于其经济性和实用性，已经成为城乡物流配送行业运输交通工具的必然选择[1-2]。车门，作为轻卡驾驶室的的重要组成部分，其是由内外门板、上下加强板、门锁等系统零部件构成，通过点焊接组成的一体系统部件，车门需具备足够的刚强度，以保证车身结构良好的综合性能的充分发挥[3-5]，因此开展商用单排轻卡的驾驶室车门力学性能仿真研究，具有显著的的经济和社会价值。

本文基于数值分析及弹塑性力学理论，采用 MSC.Nastran软件，对前车门系统进行了CAE模态、刚度和开闭件耐久分析，分析结果显示，后车门模态避开了发动机怠速频率，其强度性能满足项目开发设计目标，综合评估该商用轻卡前车门力学性能满足要求。

2 某单排驾驶室前门CAE模态分析

2.1 前门系统有限元模型

本文采用美国Hyperworks软件，对某商用轻卡驾驶室的前车门系统进行了建模，网格尺寸大小5mm，车门钣金材料为DC01和Q235，弹性模量E=210000MPa，部分附属零件用一维Mass单元模拟，前车门质量为26kg，FEA模型如图1。

图1 某商用轻卡前车门FEA模型

2.2 前车门系统CAE模态分析

经软件建模后，对某单排轻卡驾驶室的前车门系统进行了CAE模态分析，截取频率为0-80Hz,其中前六阶为车门刚体模态，随后提取出车门系统本身四阶的频率，如图2所示，其中一阶外板弯曲模态为34Hz，二阶窗框摆动模态为41Hz，三阶下窗框摆动模态为46Hz，四阶内板弯曲模态为55Hz，避开了发动机怠速频率26.7Hz，满足设计目标。

图2 某商用轻卡前车门模态分析结果

3 某单排驾驶室前门CAE刚度分析

本文对某商用单排轻卡前门进行了刚度分析，网格尺寸为10mm,车门钣金件主要采用Shell单元，车门铰链采用solid单元，点焊采用Hex+Reb3单元模拟，其有限元模型如图 3所示。其中工况CASE1：铰链处约束约束XYZ三向平动和XY转动自由度，在门内侧沿Y向施加100N的载荷，CASE2:铰链处约束约束XYZ三向平动和XY转动自由度，在门内侧沿Z向施加100N的载荷。

本文按照以上描述工况，进行了某商用单排轻卡前门CAE刚度分析，得到图 4的分析结果，其中 1处位移为1.9mm，而2处位移为1.4mm，在3处的位移为1.4mm，在4-5段的位移为0.54mm，在5-6段的位移为0.71mm，得到门框位置处的刚度值52N/mm，窗框腰线刚度185N/mm，符合设计目标需大于30N/mm。

图3 某商用单排轻卡前门刚度分析边界示意图

图4 某商用单排轻卡前门刚度分析结果

4 某单排轻卡前门CAE开闭件耐久分析

本文对某商用单排轻卡前门进行了 CAE开闭件耐久强度分析，其中前门处于安装状态，以2m/s的速度关车门，测量车门各危险处的应力值，同时约束上下铰链与车身安装处全部自由度，载荷按照图5右侧的条件输入，边界条件如图5所示。

图5 某商用单排轻卡前门CAE开闭件耐久分析边界条件示意图

本文对某商用单排轻卡前门进行了 CAE开闭件耐久强度分析，得到图6分析结果。钣金件最大应力为 166MPa，小于DC01材料屈服强度180MPa，满足目标。

图6 某商用单排轻卡前车门开闭件耐久强度分析结果

5 结论

本文基于有限元法，采用Hypermesh和Nastran软件，对某商用轻卡的前车门系统进行了CAE模态、刚度和开闭件耐久强度分析，CAE分析结果显示：

（1）前车门一阶外板弯曲模态为34Hz，二阶窗框摆动模态为41Hz，三阶下窗框摆动模态为46Hz，四阶内板弯曲模态为55Hz，有效避开了发动机怠速频率26.7Hz的共振风险；

（2）该单排驾驶室的前车门刚度和开闭件耐久强度性能均符合目标设计要求；

（3）综上，本文评估该商用轻卡单排驾驶室的前车门耐久结构力学性能满足设计目标。