基于HyperMesh二次开发的滑移门子系统结构分析和优化.pdf

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1、结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）中国·大连—2009年9月3日-4日基于HyperMesh二次开发的滑移门子系统结构分析和优化叶青，蔡慧，董丹丹(泛亚汽车技术中心有限公司上海201201)摘要:基于HyperMesh二次开发完成滑移门子系统刚度分析和结构优化的前处理，并针对滑移门主要加强件进行结构优化，在满足子系统刚度要求的情况下进行结构轻量化，最优化设计。关键词:二次开发，结构优化，滑移门，刚度1概述车门是车身结构的重要组成部件，其性能影响着车身结构性能的好坏。结构刚度是滑移门子系统开发过程中的重要性能，它直接关系到整个子系

2、统设计的成功与否，以及整车品质的好坏和成本的高低。滑移门作为一个综合的子系统，和车厢一起构成乘员的周围空间范围，应具有足够大的强度、刚度和良好的振动特性，以满足车门闭合时耐冲击性及侧碰时的耐撞性等各项性能的要求。滑移门沿着安装于车身侧围上的三根导轨滑动来实现开启和关闭，由于跟传统飞翼门结构有本质区别，决定了其具有某些独特的性能要求和结构组成。滑移门主要的结构件有门外板、门内板、上支架加强板、中支架加强板、下支架加强板、防撞杆、门锁加强板和上中下滑轮支架。滑移门的主要刚度性能要求包括：水平刚度(HorizontalRigidity)，垂直刚度(VerticalRi

3、gidity)，扭转刚度(TorsionalRigidity)，腰线刚度(BeltlineRigidity)，窗框刚度(HeaderFrameRigidity)，车门外板刚度(OuterPanelRigidity)等。其中尤以水平刚度和垂直刚度性能要求最为关键。-1-结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）中国·大连—2009年9月3日-4日图1滑移门有限元模型示意图2滑移门刚度有限元分析2.1有限元模型的建立滑移门零件的CAD模型在UG中建立,将CAD模型导入到HyperMesh中,并进行几何清理。滑移门内饰材料及内部一些传导机构对

4、车门刚度影响较小,此模型中省略了这一部分的模拟。整个滑移门主要由薄壁冲压件组成,因此采用壳单元进行结构离散,主体为平面四边形单元；对于壁厚较大的滑轮支架，采用实体单元进行结构离散，主体为六面体单元。并对单元长宽比、翘曲、歪斜角等单元参数进行控制。图1是滑移门有限元模型示意图，表1是滑移门总成分析模型概况。表1模型统计信息FEA特征数量节点85224QUAD4单元50276TRIA3单元2224HEX8单元18626PENTA6单元1515刚性单元804计算中所使用的材料参数如下：弹性模量：207GPa材料密度：7.84E+3kg/m3泊松比：0.3-2-结构及多

5、学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）中国·大连—2009年9月3日-4日2.2基于HyperMesh二次开发的边界条件定义因为各个分析工况详细的约束方式和加载条件属于GM整车开发流程中保密的内部流程，本文不作具体陈述，以垂直刚度为例，简要介绍其边界条件。垂直刚度分为前锁位置和后锁位置两个分析工况，两者约束方式相同:在三个滑轮支架上施加约束。前锁位置加载条件:在前锁位置施加垂直向下作用力;后锁位置加载条件:在后锁位置施加垂直向下作用力。在整车或滑移门开发过程中，需要五至六轮相同的分析或验证来确保各个开发节点滑移门子系统的刚度性能。为了加快分

6、析进程，我们借用HyperMesh二次开发平台来半自动化地完成刚度分析和结构优化的前处理工作。HyperMesh提供了多种开发工具，便于用户进行二次开发。我们主要运用宏命令和Tcl/Tk工具语言实现滑移门刚度分析前处理的用户化方案定制。Tcl是“工具命令语言（ToolCommandLanguage）”的缩写。Tk(ToolKit)是Tcl“图形工具箱”的扩展，它提供各种标准的GUI接口项，以利于迅速进行高级应用程序开发。图2用户自定义宏命令通过创建用户自定义宏命令（如图2所示），自动链接到由Tcl/Tk工具语言编写的二次开发程序。在完成滑移门系统有限元模型的基础

7、上，通过宏命令RigidityAnalysis启动滑移门刚度分析集成对话框（如图3所示）。-3-结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009）中国·大连—2009年9月3日-4日图3滑移门刚度分析集成对话框整个二次开发程序主要包含两个部分：边界条件定义和拓扑优化定义。因为滑移门的结构相对固定，均包含前、后锁和上、中、下滑轮支架，我们只需要通过交互式选取滑移门有限元模型中前、后锁和上、中、下滑轮支架对应位置节点。二次开发程序就会自动在HyperMesh模型中生成水平刚度和垂直刚度共四个分析工况对应的约束和载荷；再点击集成对话框中的Analys

8、is按钮，即可自动生成用