发动机舱盖及连接点的安全性能研究

李明哲，付景顺，王俊峰

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011



发动机舱盖及连接点的安全性能研究

李明哲，付景顺，王俊峰

（沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.02.011

摘 要：发动机舱盖是车身结构中重要的开启件，根据设计要求，发动机舱盖要具有必要的过开启角度以满足发动机舱盖在结构及功能上的要求。文章采用Abaqus静力学分析功能，针对某款车型发动机舱盖进行过开启分析，得到舱盖的过开启角度和卸载之后的残余角度。考察舱盖和铰链的最大应力，并分析因过开启引起的铰链、舱盖的等效塑性应变是否满足设计要求。仿真结果表明：舱盖在过开启过程中无破坏风险，舱盖的过开启性能满足设计要求。

关键词：过开启；静力学分析；等效塑性应变

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)02-30-03

引言

发动机舱盖一般由内板、外板和隔热材料组成，内板的作用是增强舱盖的刚性[1]。在正常情况下，发动机舱盖不会发生过开启现象，过开启是属于操作者的错误操作引起的，即使频次很低，不易发生，但是发动机舱盖仍需要具备一定的过开启性能来满足使用要求[2]。如果发动机舱盖因为过开启后性能变差，不能满足使用要求，将会引起客户的抱怨，影响品牌形象、降低品牌忠诚度。

因此，对发动机舱盖进行过开启分析是十分必要的。本文以某款车型发动机舱盖作为研究对象，计算舱盖在外力作用下的过开启角度和卸载之后的残余角度，分析结构在开启过程中的最大应力，进一步考察舱盖、铰链在过开启过程中的等效塑性应变是否满足要求。

1、舱盖过开启分析过程

1.1 舱盖自重分析

模拟真实情况，考虑舱盖自重对分析的影响，利用Hypermesh中Load Collector功能来定义重力。在Card Image中选择Grav，然后点击Edit进行重力创建，输入重力加速度的大小及方向向量在参考坐标系中的分量来创建重力。

1.2 舱盖过开启分析

过开启分析是指舱盖达到铰链限位的最大开启角度时，在舱盖锁位置继续施加外力载荷，强迫舱盖继续开启的过程，此时依靠铰链和限位器的作用阻止舱盖继续开启，并保持静力平衡。因此可利用Abaqus中隐示求解器完成此步骤的分析。过开启工况，考察舱盖的过开启角度以及受力状态来评判过开启性能。

1.3 卸载工况分析

将施加的载荷卸载，考察卸载之后的残余角度是否满足要求。在过开启-卸载工况下，运用等效塑性应变来描述舱盖和铰链在加载过程中塑性应变的累积结果。

2、建立有限元模型

2.1 建立舱盖的有限元模型

整个舱盖有限元模型处于限位器限位的最大开启角度，利用Hypermesh中壳单元进行舱盖有限元模型的建立[3]，内板与外部连接采用梁单元模拟。舱盖的有限元模型的建立如图1所示。

图1 舱盖有限元模型

2.2 设定边界条件和分析步

第一分析步为考虑舱盖自重工况，该工况需要约束全部自由度，来防止舱盖和铰链在重力作用下绕各自轴线旋转而导致的计算结果不收敛。

第二分析步为加载工况，在舱盖锁处沿着舱盖开启切线方向施加200N载荷，强迫舱盖继续开启。在加载工况时，需要移除铰链绕Y轴旋转的自由度，其它约束保持不变。

第三分析步为卸载工况，移除施加在舱盖锁处的外力。

3、后处理结果分析

3.1 舱盖和铰链受力评估

应用Abaqus软件中Job模块对有限元模型进行求解[4]。利用Hyperview后处理功能进行数据分析，铰链和舱盖的最大应力如图2、图3所示，舱盖的最大应力出现在卸载过程中舱盖与铰链的连接处附近，铰链的最大应力出现在加载过程中铰链与限位器连接的螺栓处附近，舱盖的最大应力为250.1Mpa，铰链的最大应力为478Mpa。

图2 舱盖卸载应力图

图3 铰链加载应力图

零件所用材料的抗拉压力值如表1所示[5]，最大应力均小于零件所用材料的最大抗拉压力，铰链和舱盖均无破坏风险。

表1 材料的许用应力值

3.2 等效塑性应变分析

由于受到外力作用，舱盖和铰链会产生塑性变形，塑性变形的累积会导致零件变形失效，

图4表示舱盖的最大等效塑型应变，舱盖的等效塑性应变的最大值为2.088%，图5表示铰链的最大等效塑型应变，由图可知铰链的等效塑性应变最大值为1.619%。舱盖和铰链在过开启过程中的等效塑性应变均小于材料的许用值，舱盖和铰链的设计满足要求。

图4 舱盖等效塑性应变图

图5 铰链等效塑性应变图

3.3 过开启角度和残余角度分析

过开启角度是指铰链连线的中点与舱盖锁点处所组成的射线在加载前后的夹角，设铰链连线中点处的坐标为O，舱盖锁在加载前后的坐标分别为A和B，则∠AOB采用余弦定理计算舱盖的过开启角度值。由Hyperview中可知，三点的坐标分别为O（33.48，904.04），A（-485.19，1464.01），B

3.3 螺栓受力云图

螺栓的受力云图如图6所示，螺栓的最大应力值为115Mpa，小于螺栓的许用应力，所以螺栓的受力满足要求，无失效风险。

图6 螺栓受力云图

4、结论

利用Abaqus软件隐式算法求解器中静力学功能分析舱盖的过开启，对舱盖过开启实现全面的评估与分析。舱盖在200N的载荷作用下，其过开启角度和卸载之后的残余角度均满足设计要求，在舱盖过开启过程中螺栓预紧力小于许用应力值，无破坏风险，在过开启过程中铰链、舱盖均会产生塑性变形，但其塑性变形均在设计的要求范围之内。

参考文献

[1] 廖君.汽车前后舱盖有限元模态分析研究.[M]装备制造技术, 2007.11.

[2] 孙凌玉.汽车车身动态设计的理论与应用研究 [M].

[3] HyperWorks10.0 User’s Manual [M].2010.

[4] 庄茁等.Abaqus/Standard 有限元软件入门指南[M].北京：清华大学出版社,1998.

[5] 刘鸣放,刘胜新主编金属材料力学性能手册北京:机械工业出版社,2011.

The research on the safety performance of engine bonnet and hinge

Li Mingzhe, Fu Jingshun, Wang Junfeng
（Shenyang University of Technology mechanical engineering institute, Liaoning Shenyang 110870）

Abstract:The engine bonnet is an important open part in the body structure, according to thedesign requirement, the engine bonnet should have necessary overbending angle to fulfill the requirement in structure and function.To analyze the overbending of the engine bonnet by the Abaqus static function, the overbending angle and residual angle are calculated.Check the PEEQ of hinge and engine bonnet. The simulation results show that the engine bonnet meet the requirement of design with no risk of failure.

Keywords:Overbending; Statics analysis; The equivalent plastic strain

中图分类号：U464.9

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)02-30-03

作者简介：李明哲，就读于沈阳工业大学机械工程学院。