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MSC.NASTRAN在车门垂向刚度中的应用
长安汽车股份公司 李红丽 王卓 王园
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摘 要: 本文针对车门垂向刚度问题，建立带A 柱前车门有限元模型，利用MSC.Nastran 对车门进行垂向刚度分析，并根据Nastran 计算结果进行分析，进一步提出提高车门垂向刚度优化方案，为设计部门提供一种高效可行的改进方案。
关键词: 车门 垂向刚度 MSC.Nastran
Abstract：The FEM of front door with a pillar was created by Altair HyperMesh software in allusion to vertical stiffness in this paper. The solver was MSC.Nastran, and the analysis was about the solver. Then improved designs were used to improve vertical stiffness for door and the feasible case were provided to designers.
Key words: door Vertical stiffness MSC.Nastran
1 前言
车门是车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件，车门刚度不足会引起车门边角处的变形量过大，引起车门卡死、关闭力增大、密封不严导致漏风、渗水以及内饰脱落的现象。随之产生车门的振动，带来噪音，降低乘坐舒适性。因此对车门刚度有一定的要求。
车门垂向刚度是车门刚度分析的一项重要指标。车门垂向刚度分析是模拟车门在打开一定角度状态下，由于人员上下以及人员利用车门支撑身体而产生的垂直载荷作用下，能够保持一定的抵抗变形的能力,以及卸载后恢复原有形状的能力。本文以某轿车前车门为例，运用Altair HyperMesh 软件建立带A 柱前车门有限元模型，在MSC.Nastran 中对车门进行垂向刚度分析，并通过对Nastran 计算结果进行分析，提出了提高车门垂向刚度设计方案，为设计部门提供快速可行的改进方案。
2 有限元模型建立与分析方法
2.1 网格划分
本次车门分析主要采用四边形单元，三角形单元占总单元数的比重控制在一定的百分比之内。单元总数的规模可根据计算机硬件能力确定。前车门有限元模型：

（图片）

图1 FEA 模型

2.2 边界条件
车门垂向刚度分析约束车身截取断面处节点123456 自由度，车门锁销中心点2 自由度，如图2 所示。

（图片）

图2 边界条件

2.3：载荷
载荷作用点为锁销中心点，方向垂直向下，计算结果读取该点在垂直方向上的位移。
载荷分两个工况：
加载：模拟加载过程，载荷大小为1000N。
卸载：模拟卸载过程，得到车门在加载过程后的残余变形，载荷大小为1E-6N。
2.4：输出卡片设置
输出卡片需设置让其输出各个节点的位移，同时输出应力和应变能。设置如下：

（图片）

3 计算结果
3.1 位移云图
车门垂向刚度的位移云图如图3 所示：

（图片）

图3 位移云图

3.2 应力云图
车门垂向刚度的应力云图如图4 所示：

（图片）

图4 应力云图

位移云图可以方便大家对车门垂向位移进行直观判断，可以清楚的了解车门的垂向刚度。而应力云图可以直观显示结构中吸收能量最集中的部位，让我们了解到能量的分布。通过对应力集中的部位进行加强就可以通过提高局部刚度从而对车门垂向刚度进行整改。上图显示应力主要集中于车门下铰链加强件处，下面就可以集中精力对其进行整改。
4 优化方案及结果
4.1 优化方案

（图片）

（图片）

4.2 优化结果
优化方案分析结果图表1 所示：

（图片）

5 结论
通过对车门下铰链加强件进行优化分析，得到较为理想的设计方案，将原始方案与优化方案相比较，可以清楚地看到优化方案的弹塑性变形都有明显降低。
因此，利用CAE 技术手段可以快速而有效的对多种方案进行分析，从而对设计部门提供改进设计方向指导，最终设计出合理的产品结构，降低试验成本、减少产品设计周期。
6 参考文献
[1] MSC.Nastran 动力学培训教程
[2] 基于HyperWorks 的结果优化设计技术 张胜兰等编著
[3] Nastran 快速入门与实例 李增刚编著 3/13/2011

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