CAE分析报告在汽车引擎盖结构设计方案中的应用.docx

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CAE分析报告在汽车引擎盖结构设计方案中的应用

CAE分析在汽车引擎盖结构设计中的应用-机械制造论文

CAE分析在汽车引擎盖结构设计中的应用撰文/郑州日产汽车有限公司技术中心汤尧兰天亮王少伟本文详细地介绍了汽车引擎盖在结构设计阶段所需要的相关CAE分析，对汽车引擎盖的结构设计方案给出了量化的评价依据。

通过CAE分析，不但可以有效地缩短其产品设计周期，降低其设计开发及试验验证的相关费用，还可以为产品的结构改进和性能优化提供方向指导。

一、引言汽车引擎盖是汽车前端模块中较为重要的组成部分，其作用不仅仅是保护发动机，还有着被动保护行人安全的作用。

随着CAE和计算机技术的快速发展，越来越多复杂的非线性问题都可以通过CAE软件来模拟分析，使设计者可以客观地评价设计结果，为已设计产品的结构优化指出改善方向。

本文以CAE在某车型引擎盖结构设计中的具体分析为例，简述CAE在汽车引擎盖结构设计中的具体应用。

二、CAE分析在汽车引擎盖结构设计中的应用本文利用Hyperworks软件对引擎盖总成采用壳单元进行网格划分，可得157000个单元。

在安装螺栓孔位置和焊点处作RBE2SPIDER连接，内外板粘胶处作一层solidmap实体单元。

引擎盖的有限元分析模型如图1所示。

1.引擎盖安装变形分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖前端缓冲块安装孔处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

在引擎盖锁插销处施加222N的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。

约束和加载模型如图2所示。

（2）分析结果。

通过计算可知引擎盖总成的安装最大变形量为0.74mm，满足设计要求（最大变形量＜3mm）。

分析云图如图3所示。

2.引擎盖边缘变形分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖前端缓冲块安装孔处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

分别在sidebeam和rearbeam上施加222N的力，并施加重力载荷。

约束和加载模型如图4所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，在第一种工况下引擎盖边缘的最大位移量为1.21mm，在第二种工况下引擎盖边缘的最大位移量为0.25mm，满足设计要求（最大位移量＜10mm）。

分析云图如图5所示。

3.引擎盖下拉变形分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖中部缓冲块安装孔处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

在引擎盖锁插销处施加222N的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。

约束和加载模型如图6所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，最大应力约为152MPa，不会产生永久变形，满足设计要求。

分析云图如图7所示。

4.引擎盖扭转刚度分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖右前缓冲块安装孔处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

在引擎盖左前缓冲块安装孔处的Z向施加180N的力，并对引擎盖总成施加重力载荷。

约束和加载模型如图8所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，Z向的最大位移约为10.63mm，引擎盖x向力臂长490mm，故计算出扭转角θ=arctg（dz/x）=1.24°，而加载点的扭矩为180N×0.49m=88.2Nm，故扭转刚度为88.2/1.24=71Nm/deg。

分析云图如图9所示。

5.引擎盖冲击分

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖前端缓冲块安装孔处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

对引擎盖总成施加4倍的重力加速度。

约束和加载模型如图10所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，在4倍的重力加速度作用下，引擎盖总成的最大位移为5.804mm，满足设计要求（最大位移量＜10mm）。

分析云图如图11所示。

6.引擎盖手掌压痕分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖锁扣处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

加载：

对引擎盖总成的中间100×100mm的区域上施加450N的力。

约束和加载模型如图12所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，手掌附近区域最大MISES应力为94.5MPa，满足设计要求（最大MISES应力＜180MPa）。

分析云图如图13所示。

7.引擎盖凹陷刚度分析

（1）约束和加载。

约束：

在铰链安装螺栓孔处施加约束，限制X、Y、Z向移动自由度和X、Z向的转动自由度。

在引擎盖锁扣处限制X、Y、Z向移动自由度和X、Y、Z向的转动自由度。

加载：

对引擎盖总成的后端75×75mm的区域上施加90N的力。

约束和加载模型如图14所示。

（2）分析结果。

通过计算可知，引擎盖最大位移量为0.0824mm，满足设计要求（最大位移量＜6.35mm）。

分析云图如图15所示。

8.结论根据以上分析可知，CAE对引擎盖所作的相关分析，均满足设计要求。

四、结语本文对引擎盖结构设计中需要作的CAE分析项目作了详细说明，为引擎盖结构设计方案验证提供了一种很好的方法。

通过所述项目的CAE分析，可以避免其在结构设计阶段方案验证不足造成后期试装、评价时问题再现所产生的应对周期长、费用高等问题，为其结构改进和优化提供量化的依据。