側(cè)開門耐久試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)【含20張CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問(wèn)咨詢QQ：414951605 或1304139763 門結(jié)構(gòu)撞擊耐久性試驗(yàn) 美國(guó)Baskar 通用-中型和豪華汽車集團(tuán) 轉(zhuǎn)載自:IBEC ' 98會(huì)議記錄，第一卷 先進(jìn)的車身設(shè)計(jì)和工程 (p - 330) 國(guó)際組織工程 會(huì)議及博覽會(huì) 底特律,密歇根州 一九九八年九月二十九日至十月一日 摘要 汽車工業(yè)面臨許多競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)，包括重量和降低成本以滿足CAFE標(biāo)準(zhǔn)。特別是，為減輕重量而優(yōu)化的薄門板可能會(huì)影響制造商所保證的門的質(zhì)量和門的耐久性。傳統(tǒng)上，門的耐久性的評(píng)估是通過(guò)測(cè)試來(lái)完成的，而不是使用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。許多簡(jiǎn)單的CAE技術(shù)，如簡(jiǎn)單的線性靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，已被用來(lái)評(píng)估門的結(jié)構(gòu)完整性。然而，由于瞬態(tài)沖擊現(xiàn)象，使勁關(guān)門事件需要進(jìn)行復(fù)雜的分析。用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決這一復(fù)雜的摔門事件是CAE工程師面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性和趣味性的問(wèn)題。然而，已經(jīng)開發(fā)了一種簡(jiǎn)單化的技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)門的耐久性問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)涉及到使用基于計(jì)算機(jī)的有限元方法結(jié)合慣性釋放和疲勞壽命預(yù)測(cè)。實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了分析預(yù)測(cè)的結(jié)果。該方法提供了一種廉價(jià)的摔門耐久性預(yù)測(cè)方法，減少了開發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品成本。因此，這種新方法有助于門設(shè)計(jì)的堅(jiān)固性。 介紹 近年來(lái)，燃油經(jīng)濟(jì)性和制造成本的提高促使汽車工業(yè)減少了裝配部件的數(shù)量也降低了質(zhì)量。這迫使汽車工程師在不犧牲質(zhì)量和安全的情況下設(shè)計(jì)更輕的結(jié)構(gòu)和滿足性能要求。然而，滿足成本、質(zhì)量和安全要求的輕型門也必須滿足保修和摔門耐久性的目標(biāo)。傳統(tǒng)上，摔門耐久性測(cè)試評(píng)估了原型階段的門的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段的任何設(shè)計(jì)修改都會(huì)增加準(zhǔn)備時(shí)間和成本。然而，使用前期分析預(yù)測(cè)可以減少開發(fā)周期時(shí)間和下游質(zhì)量問(wèn)題，并在線檢查門的安裝和完成情況。基于計(jì)算機(jī)的分析已廣泛用于評(píng)估車門系統(tǒng)的性能，如剛度、強(qiáng)度、頻率和聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)(FMVSS 214，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)側(cè)門入侵)。然而，還沒(méi)有開發(fā)出一種基于計(jì)算機(jī)的摔門耐久性綜合分析方法。事實(shí)上，摔門事件是一種復(fù)雜的瞬態(tài)沖擊加載現(xiàn)象，是CAE工程師所面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。這激發(fā)了CAE社區(qū)開發(fā)摔門耐久性分析，可以在早期設(shè)計(jì)階段識(shí)別關(guān)鍵問(wèn)題領(lǐng)域。 摔門分析是一種瞬間動(dòng)態(tài)沖擊，也是一種重復(fù)加載類型。除了剛體運(yùn)動(dòng)引起的慣性加速度外，沖擊載荷還產(chǎn)生明顯的沖擊或振動(dòng)。此外，如果加載速率(強(qiáng)迫頻率)接近零件的固有頻率，由共振引起的振動(dòng)不僅產(chǎn)生高的撓度，而且在零件中產(chǎn)生大的應(yīng)力。在飛機(jī)和汽車工業(yè)中，已有幾種近似分析技術(shù)被用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)中的動(dòng)態(tài)載荷。 近年來(lái)，動(dòng)態(tài)瞬態(tài)有限元分析(FEA)和非線性動(dòng)態(tài)瞬態(tài)接觸FEA方法被廣泛應(yīng)用于汽車和航空航天工業(yè)中來(lái)預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)載荷。門飾板顫振分析采用第一種方法研究了門飾板在撞擊下的響應(yīng)。然而，縱傾響應(yīng)的精度取決于分析中包含的模式數(shù)。近年來(lái)，保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)使用第二種方法來(lái)評(píng)估由擺錘的影響而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷。這兩種方法都需要較長(zhǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間和大量的計(jì)算來(lái)計(jì)算和排序高應(yīng)力。另一方面，CAE工程師尋求一種可靠的技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)中由于摔門引起的動(dòng)態(tài)載荷。一種近似分析技術(shù)是慣性消除技術(shù)，它包括動(dòng)態(tài)效應(yīng)，并通過(guò)靜態(tài)常規(guī)分析來(lái)求解動(dòng)態(tài)(慣性)負(fù)載。航空航天和汽車工業(yè)在飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)，汽車車身結(jié)構(gòu)和車身聯(lián)合結(jié)構(gòu)耐久性中成功的應(yīng)用了這種方法。 摔門耐久性的方法論 本文將動(dòng)態(tài)載荷預(yù)測(cè)與疲勞壽命估計(jì)相結(jié)合，提出了一種基于沖擊門的結(jié)構(gòu)耐久性分析方法。用慣性消除法預(yù)測(cè)了摔門產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，用內(nèi)部疲勞準(zhǔn)則評(píng)估了門結(jié)構(gòu)的損傷或疲勞壽命。然而，只有當(dāng)改變的頻率與最低的門內(nèi)板固有頻率(22赫茲)相比足夠小(10赫茲，強(qiáng)迫頻率)時(shí)，慣性消除方法才適用。基于上述假設(shè)，CAE工藝流程圖顯示了評(píng)估摔門耐久性的以下四個(gè)步驟。 1.評(píng)估摔門產(chǎn)生的慣性載荷 2.計(jì)算閂鎖力和應(yīng)變能 3.選擇用于應(yīng)力評(píng)估的負(fù)載因子 4.計(jì)算內(nèi)板的疲勞壽命 1.慣性負(fù)載評(píng)估-門的有限元模型包括所有組件，如白色的門，窗口玻璃，窗口調(diào)整電機(jī)，玻璃運(yùn)行和調(diào)節(jié)器通道，皮帶密封和鉸鏈來(lái)評(píng)估慣性負(fù)載。門的內(nèi)外焊縫采用零長(zhǎng)度RBE2單元建模。然而，在剛性單元建模中要仔細(xì)考慮正常和最小長(zhǎng)度。在模型中，密封件由彈簧元件表示，調(diào)節(jié)器電機(jī)、閥片和鎖存器等質(zhì)量集中為集中質(zhì)量。在鉸鏈軸上施加一個(gè)力矩來(lái)表示門的轉(zhuǎn)動(dòng)，并選擇作為慣性消除運(yùn)行的支撐自由度。Nastran 分析使用指定的方法來(lái)計(jì)算慣性負(fù)載，并打孔DMIG文件以供進(jìn)一步使用。利用epsilon和應(yīng)變能誤差參數(shù)仔細(xì)檢查解的精度。 在Nastran outlist文件中提供epsilon和應(yīng)變能等用戶信息進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。在無(wú)應(yīng)變條件下，為保證精度，epsilon和應(yīng)變能為零。 2.閂鎖力和應(yīng)變能的計(jì)算-由所有網(wǎng)格點(diǎn)的慣性負(fù)載組成的DMIG文件被用作閂鎖力和應(yīng)變能的輸入負(fù)載。在這次運(yùn)行中，指定的變量(負(fù)載倍增系數(shù))評(píng)估了鎖存反作用力和應(yīng)變能。通過(guò)對(duì)鎖存點(diǎn)的約束和對(duì)支持件（鉸鏈軸）的去除，使該模型成為一種靜態(tài)結(jié)構(gòu)，用于閂鎖力和應(yīng)變能的評(píng)估。此外，利用載荷因子1.0計(jì)算了初始鎖存器反作用力和應(yīng)變能。 3.鎖存器因子的選擇在應(yīng)力評(píng)估中起著重要的作用。在評(píng)估應(yīng)力之前，要調(diào)整慣性負(fù)載以補(bǔ)償門的撞擊能量。摔門耐久性計(jì)劃表(圖2)由各種摔門能量組成，包括幾種環(huán)境條件和玻璃窗位置。本文以30 J的耐久性摔門能量作為評(píng)價(jià)慣性載荷因子選擇的依據(jù)。 4.疲勞壽命預(yù)測(cè)——在汽車工業(yè)中，結(jié)構(gòu)的耐久性是通過(guò)“安全壽命”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估的，而不是航空航天工業(yè)中使用的“失效安全”標(biāo)準(zhǔn)?！鞍踩珘勖睖?zhǔn)則允許我們對(duì)有限的疲勞壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且僅限于裂紋萌生階段。相反，“故障安全”設(shè)計(jì)允許裂紋在檢測(cè)和修復(fù)之前不發(fā)生任何疲勞故障。疲勞是由于循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變引起的漸進(jìn)的、局部的、永久性的材料變形的過(guò)程，在足夠的循環(huán)次數(shù)后可能會(huì)導(dǎo)致裂紋或斷裂。疲勞過(guò)程包括裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展和裂紋突變?nèi)齻€(gè)階段。 與安全壽命設(shè)計(jì)一樣，門內(nèi)板組件的設(shè)計(jì)使疲勞僅限于裂紋萌生階段。利用企業(yè)疲勞系統(tǒng)(CFS)的內(nèi)部計(jì)算機(jī)代碼，開發(fā)了一種門內(nèi)板疲勞壽命預(yù)測(cè)分析程序。CFS采用應(yīng)變-壽命方法，根據(jù)指定荷載歷史的重復(fù)次數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)裂紋的萌生。然而，在疲勞分析中，重復(fù)載荷可能會(huì)在應(yīng)力低于材料屈服強(qiáng)度的情況下導(dǎo)致疲勞開裂。CFS規(guī)范使用載荷歷史、標(biāo)度因子、疲勞缺口因子、循環(huán)和滯后應(yīng)力-應(yīng)變曲線以及材料的應(yīng)變壽命來(lái)評(píng)估疲勞壽命或損傷。圖3逐步列出了損害計(jì)算。此外，該方法還可用于荷載歷史記錄的評(píng)估，以進(jìn)行損傷比較，以及用于對(duì)道路或?qū)嶒?yàn)室耐久性上出現(xiàn)裂縫的組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)。 耐久性計(jì)劃包括許多摔門能量級(jí)別、各種環(huán)境條件和不同的窗口位置。在本文中，耐久性計(jì)劃被簡(jiǎn)化為在環(huán)境條件下的一個(gè)摔門能量等級(jí)(30 J)，并在摔門過(guò)程中將玻璃窗置于門的下方。采用慣性釋放法計(jì)算載荷系數(shù)時(shí)，選擇最大載荷發(fā)生在30j沖擊能處。將慣性釋放與疲勞分析相結(jié)合，對(duì)轎車和轎車前門的損傷或疲勞壽命進(jìn)行評(píng)估。疲勞規(guī)范使用恒應(yīng)力歷史來(lái)評(píng)估內(nèi)板的損傷或疲勞壽命。此外，摔門耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證了慣性消除方法。 方法驗(yàn)證 這種方法是在見(jiàn)證了轎門的耐久性問(wèn)題后發(fā)展起來(lái)的。因此，在評(píng)估新的車門設(shè)計(jì)之前，必須將新方法與現(xiàn)有的車門測(cè)試數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)。相關(guān)研究-轎廂門-圖4和圖5顯示了有限元門系統(tǒng)模型和完全修邊轎廂門。由于試驗(yàn)中閂鎖力的可用性，選擇了力載荷因子來(lái)計(jì)算門結(jié)構(gòu)上的慣性荷載。慣性載荷計(jì)算了單元的馮米賽斯應(yīng)力，并將其用于疲勞計(jì)算。圖6顯示了板內(nèi)應(yīng)力和可能的裂紋萌生位置。 圖6轎廂門-可能產(chǎn)生裂紋的位置。 圖7對(duì)比了試驗(yàn)與預(yù)測(cè)的雙門裂紋萌生位置。結(jié)果表明，在定位上有很好的相關(guān)性。然而，測(cè)試門顯示了一些功能的損失和較小的目標(biāo)疲勞壽命。為了提高內(nèi)板的疲勞壽命，采用如圖8所示的疲勞壽命估算分析用于實(shí)現(xiàn)1.5生命的目標(biāo)壽命。CFS對(duì)疲勞缺口系數(shù)，試驗(yàn)壽命和有限元應(yīng)力等已知參數(shù)的目標(biāo)壽命的安全應(yīng)力水平進(jìn)行了估計(jì)。在這里，CFS不僅計(jì)算了已知測(cè)試壽命和峰值單元應(yīng)力的疲勞缺口因子，還評(píng)估了圖9所示的比例因子與壽命的關(guān)系。使用比例因子與壽命圖，為目標(biāo)壽命確定一個(gè)安全的壓力水平。圖10顯示了下調(diào)節(jié)器附件的設(shè)計(jì)修改和各種設(shè)計(jì)修改的應(yīng)力降低比較。改進(jìn)后的內(nèi)板設(shè)計(jì)經(jīng)摔門試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足摔門耐久性要求。 討論 慣性分布預(yù)測(cè)了動(dòng)載荷和可能的裂紋萌生位置。疲勞分析是對(duì)車門內(nèi)側(cè)板的損傷或疲勞壽命進(jìn)行評(píng)價(jià)。載荷因素的選擇對(duì)應(yīng)力和疲勞壽命的確定起著重要的作用。轎車車門的設(shè)計(jì)方法與摔門耐久性測(cè)試非常吻合，測(cè)試也驗(yàn)證了推薦的轎車車門設(shè)計(jì)修改。此外，以該方法為指導(dǎo)的轎車車門設(shè)計(jì)驗(yàn)證了裂紋萌生位置和疲勞壽命的預(yù)測(cè)。在轎車車門疲勞壽命的預(yù)測(cè)中使用了coupe陷波因子，其估計(jì)值略低于試驗(yàn)值。然而，由于單軸疲勞理論，疲勞壽命的預(yù)測(cè)可能不準(zhǔn)確，但設(shè)計(jì)之間的循環(huán)比較將有更高的準(zhǔn)確性。 結(jié)論 在早期設(shè)計(jì)中，提出了一種簡(jiǎn)化的技術(shù)——慣性消除與疲勞相結(jié)合的方法來(lái)評(píng)估撞擊門的耐久性。該方法在轎車和轎廂門的設(shè)計(jì)上與試驗(yàn)結(jié)果有很好的相關(guān)性，預(yù)測(cè)了裂紋的起始位置，并將設(shè)計(jì)前置時(shí)間和原型數(shù)量提高了50%。 本研究根據(jù)試驗(yàn)和分析得出的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下: ?在高剛度位置附加任何重物。 ?按照正確的方向設(shè)計(jì)珠子和加強(qiáng)筋，以增加零件的剛度。 ?避免切口、開槽孔、尖角和材料缺陷。 ?避免通過(guò)摩擦保持零件。 致謝 感謝中型門設(shè)計(jì)組的約翰?F摩爾和HiteshDesai在本次測(cè)試過(guò)程中提供的設(shè)計(jì)支持和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。特別感謝穩(wěn)健工程集團(tuán)的丹?德拉胡沙克對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的支持。 參考文獻(xiàn) 1.R.L.Bisplinghoff,H.Ashley和R.L.Halfman,“空氣動(dòng)力學(xué)”,Addison-Wesley出版公司,馬薩諸塞州,1955年。 2.E.Y.Kuo和S.G.Kelkar,“車身結(jié)構(gòu)耐久性分析”,SAE,951096. 3.H.Agrawal,S.Kelkar,N.Pritula和R.Shipman,“用慣性消除技術(shù)評(píng)估罩結(jié)構(gòu)的摔門載荷”,文件編號(hào)31,第一券，MSC會(huì)議,帕薩迪納,加利福尼亞州,1988年。 4.《慣性載荷估計(jì)沖擊載荷》(M. 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