垂向剛度分析
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垂向剛度分析的視頻教程
Hyperworks控制臂網格劃分和縱向/側向靜剛度、縱向和側向雙軸臺架疲勞、靜剛度+臺架疲勞多目標拓撲優化、非線性Buckling Force仿真分析實例視頻教程
本課程基于瑪莎拉蒂前懸架控制臂，詳細介紹了控制的網格劃分方法以及縱向和側向靜剛度的仿真分析方法、縱向和側向雙軸組合疲勞的仿真分析方法、縱向側向剛度和臺架疲勞的多目標拓撲優化的仿真方法、縱向和側向非線性Buckling_Force的求解方法。
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垂向剛度分析的實例教程
本文針對車門垂向剛度問題，建立帶A柱前車門有限元模型，利用MSC.Nastran對車門進行垂向剛度分析，并根據Nastran計算結果進行分析，進一步提出提高車門垂向剛度優化方案，為設計部門提供一種高效可行的改進方案。
1 前言
車門是車身設計中十分重要而又相對獨立的一個部件，車門剛度不足會引起車門邊角處的變形量過大，引起車門卡死、關閉力增大、密封不嚴導致漏風、滲水以及內飾脫落的現象。隨之產生車門的振動，帶來噪音，降低乘坐舒適性。因此對車門剛度有一定的要求。
車門垂向剛度是車門剛度分析的一項重要指標。車門垂向剛度分析是模擬車門在打開一定角度狀態下，由于人員上下以及人員利用車門支撐身體而產生的垂直載荷作用下，能夠保持一定的抵抗變形的能力，以及卸載后恢復原有形狀的能力。本文以某轎車前車門為例，運用Altair HyperMesh軟件建立帶A柱前車門有限元模型，在MSC.Nastran中對車門進行垂向剛度分析，并通過對Nastran計算結果進行分析，提出了提高車門垂向剛度設計方案，為設計部門提供快速可行的改進方案。
2 有限元模型建立與分析方法
2.1 網格劃分
本次車門分析主要采用四邊形單元，三角形單元占總單元數的比重控制在一定的百分比之內。單元總數的規模可根據計算機硬件能力確定。前車門有限元模型：
2.2 邊界條件
車門垂向剛度分析約束車身截取斷面處節點123456自由度，車門鎖銷中心點2自由度，如圖2所示。
2.3 載荷
載荷作用點為鎖銷中心點，方向垂直向下，計算結果讀取該點在垂直方向上的位移。
載荷分兩個工況：
加載：模擬加載過程，載荷大小為1000N。
卸載：模擬卸載過程，得到車門在加載過程后的殘余變形，載荷大小為1E-6N。
展開 某重卡商用車車門(全開)垂向剛度分析規范
說明：本人在技術鄰發表的所有論文均為第一作者原創，未經作者允許，不得轉載。。。
某重卡商用車車門窗框側向剛度分析規范
圖1 車門有限元模型
1.2 車門自由模態分析
汽車在行駛過程中會受到路面不平及發動機怠速等所帶來的振動，車門的固有頻率需避開外界因素導致的振動頻率，否則引起共振將嚴重危害車門的密閉性及帶來異響[2]。車門的自由模態避開外界的激勵頻率能有效避免共振帶來的危害[3]。
通過HyperMesh進行有限元建模及前處理，提交OptiStruct求解計算，在HyperView中查看自由模態計算結果，顯示一階非剛體模態頻率為31.74 Hz，如圖2所示。振型為內板中部彎曲，后續更高階模態頻率均高于一階頻率，滿足高于外界激勵24 Hz的要求。
圖2 一階彎曲模態
1.3 車門垂向剛度分析
車門的垂向剛度是衡量車門結構性能的一個重要指標，若垂向剛度不足將導致車門變形，影響開閉，嚴重情況將導致車門失效[4]。根據主機廠要求，在門鎖處加載1 000 N垂直向下的力，約束門安裝鉸鏈處6個方向的自由度。在HyperView中查看計算結果，顯示門鎖處的垂向位移為1.63 mm，如圖3所示。由式（1）計算得，車門的垂向位移為612.45 N/mm，滿足主機廠不低于400 N/mm的要求。
圖3 門鎖處垂向位移
式中，EI為垂向剛度；F為加載力；ΔZ為加載點最大垂向位移。
1.4 車門靜強度分析
加載1 000 N垂直向下的力后，車門會產生變形，車門內的最大應力不能超過車門用材的屈服極限，否則車門將會產生塑性變形甚至斷裂。計算結果顯示，車門的最大應力出現在內板的下方鉸鏈附近，最大應力值為109 MPa，車門內板的預選材為DC04，其屈服強度下限為130 MPa，其余零部件內應力均未超過材料的屈服極限，如圖4所示。
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說明：本人在技術鄰發表的所有論文均為第一作者原創，未經作者允許，不得轉載。。。
車門垂向剛度是車門剛度分析的一項重要指標。車門垂向剛度分析是模擬車門在打開一定角度狀態下，由于人員上下以及人員利用車門支撐身體而產生的垂直載荷作用下，能夠保持一定的抵抗變形的能力，以及卸載后恢復原有形狀的能力。
