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車門作為車身結構的重要組成部件，其通過鉸鏈與車身連接，與車身一起為乘客提供安全的乘坐空間。車門主要由車門外板、車門內(nèi)板、窗框加強板、門鎖加強板、鉸鏈安裝板、防撞桿和鉸鏈等組成。車門剛度是車門設計中的重要參數(shù)之一，直接影響整車的舒適性和安全性。因此，在汽車開發(fā)設計階段，應根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對車門結構中存在的問題進行優(yōu)化處理，從而提高產(chǎn)品整體的質(zhì)量和性能。
本文利用有限元分析方法，通過計算機仿真對某款SUV前車門的模態(tài)、下沉剛度、扭轉(zhuǎn)剛度進行了分析與計算，發(fā)現(xiàn)車門結構設計中存在的問題，為提高車門性能提供了參考依據(jù)。
首先，在CATIA軟件中，根據(jù)車門的設計尺寸建立車門的三維幾何模型，然后導入到有限元分析軟件HyperMesh中進行幾何修復，對于車門結構的變形和應力分布影響很小的某些功能件和非主要承載件進行模型的簡化，如忽略直徑小于16mm的圓孔、半徑小于5mm的過渡圓角和倒角，以此獲得較好的網(wǎng)格質(zhì)量，提高求解精度。前車門所有薄板沖壓成型件均采用四邊形Quads和三節(jié)點三角形Trias殼單元，單元尺寸控制在4~17mm，平均單元尺寸控制在10mm，殼單元共14749個，三角形單元1025個，占6.95％（＜8％）；采用剛性的RBE2單元模擬焊點，Weld焊點共87個，同時用Rigid模擬螺栓連接，剛性連接點共154個，最后定義各零件的材料屬性。
左前車門作為整車中非常重要的一個結構部件，在設計時，其一階固有頻率應該避開道路激勵頻率、傳動軸激勵頻率以及發(fā)動機激勵頻率，從而避免發(fā)生共振，產(chǎn)生振動噪聲，影響乘員舒適性。
對車門進行自由模態(tài)分析時，車門處于無約束和無加載工況，求解得到前4階自由模態(tài)固有頻率和振型。從分析得到結果看，第一階模態(tài)僅有23.4Hz，頻率值偏低，為避免共振現(xiàn)象應該進行改進。
由于對車門剛度的評價沒有相應的標準法規(guī)，所以在對該車車門的下沉剛度分析中，需要參考典型車車門的特征值來判斷其下沉剛度是否滿足要求。參照實驗規(guī)定要求，車門除受重力外，在車門內(nèi)側(cè)把手處施加1000N垂直向下的載荷，并在車門鉸鏈處進行全約束，對車門開啟15°和68°兩種工況進行分析。
分析得出加載點在車門開啟15°和68°時，殘余變形分別為4.0mm和2.76mm；最大變形為11.2mm和9.1mm，而一般對車門的下沉要求是小于2mm，表明該車門的下沉剛度較差。由應力云圖可知，引起殘余變形的主要原因是車身前門鉸鏈安裝位置的塑性變形。
結合車門的結構特點及技術要求，考慮到車門前端的剛度要大于后端的剛度，從而確定計算車門扭轉(zhuǎn)剛度的約束和加載方式：約束方式均為車門鉸鏈處，加載方式為：工況1：在車門內(nèi)板右上角施加大小為183N的Y向節(jié)點力；工況2：在車門內(nèi)板右下角施加大小為183N的Y向節(jié)點力。兩種工況的Y向位移云圖，向位移分別為6.32mm和0.82mm，由工況1、2下的最大位移量計算，得到扭轉(zhuǎn)剛度分別為29N/mm和223N/m。
在車門的結構設計中，車門剛度是車門設計的重要性能參數(shù)之一，是車門性能的主要評價指標。車門的結構性能要求除了要有必要的開度、密封性、工藝性好外，最重要的是要安全可靠，滿足剛度、強度以及小的振動性能的要求。本文利用有限元方法，對某款SUV前車門的靜態(tài)剛度進行了分析計算，發(fā)現(xiàn)該車門在其結構設計中存在缺陷，這對車門今后的改進具有一定的指導意義。
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