某客车驾驶员门侧向刚度分析

文/孙小丽(安徽安凯汽车股份有限公司)

车门是由多块薄板零件冲压、焊接而成的多层超大面积组合体，结构复杂，质量较大，又是封闭型壳体结构，受力容易引起变形。设计过程中，除保证外形美观以外，车门刚度分析是重要环节，刚度对车门自身的动态性能、模态频率分布具有重要作用，是影响整车性能的重要因素之一。车门刚度不足会影响车门开关可靠性，引起车门卡死、关闭力增大，严重时会造成密封性差并引起漏灰、透风、渗水以及噪声大等系列问题，从而影响汽车的使用和乘坐舒适性。随着轻量化技术的发展，开发轻质量、高刚度的车身成了汽车开发设计过程中追求的主要目标之一，因此车门结构的刚度十分重要。

车门是车体重要组成部分之一，由于车门结构复杂，针对其刚度以及对车体影响的研究在国内外乘用车领域开展较深。客车作为一类特殊的产品，车门具有面积、质量更大的显著特点，但针对其车门刚度的研究文献却较少。本文以新开发的客车整车驾驶员门作为分析对象，利用有限元分析法，对驾驶员门侧向刚度进行分析，为其设计合理性和可靠性评估提供参考。

一、研究模型描述

1.模型建立

根据某车型驾驶员门建立侧向刚度有限元分析模型，如图1 所示，包括车门内外板、内外板加强件、铰链加强件及门锁加强件等。

图1 前门侧向刚度分析模型

运用HYPERMESH、NASTRAN 和HYPERVIEW软件对驾驶员门进行刚度分析。

钣金件采用SHELL 单元离散，铰链、黏胶采用SOLID 单元模拟，点焊采用ACM模拟缝、RBE2 模拟单元。

2.边界条件

约束门锁2356 自由度，约束铰链与车身连接处所有方向自由度；在车门上缓冲块位置施加Y 轴负方向200 牛的力，如图2 所示。

图2 车门侧向刚度分析边界条件

二、首次分析结果

通过软件进行分析获得门板的位移云图，如图3所示。

根据云图分析获得结果统计，如表1 所示。

表1 云图信息统计表

从表1 可知，驾驶员门右上方（从门外看）结构侧向刚度位移值为6.466 毫米，大于目标值即5 毫米，因此不满足设计要求。

三、结构优化方案

车门结构、板材材料和工艺是影响车门刚度的主要因素，针对驾驶员门右前方结构刚度不满足设计要求的情况，在保证工艺达标的前提下，本文主要根据驾驶员门本身的结构，分析结构薄弱点，具体采取以下优化方案，如图4 所示：

图4 优化方案示意图

（1）增大司机门门框内部加强板尺寸，加强板厚度采用1.5 毫米。

（2）司机门内板下部拐点处增加加强板，加强板厚度采用0.8 毫米。

四、优化后分析结果

在对驾驶员门内板加强件进行处理后，再次分析优化后的驾驶员门刚度，得出分析云图，如图5 所示。

图5 优化后位移云图

根据优化后云图分析获得结果统计，如表2 所示。

表2 优化后云图信息统计表

从表2 可知，驾驶员门右上方结构侧向刚度位移值为4.984 毫米，数值小于目标值即5 毫米，优化后前门侧向刚度满足设计要求。

五、结语

本文以某客车驾驶员门为例，运用有限元分析对驾驶员门侧向刚度进行分析，获得其位移云图，并据此找出车门侧向刚度薄弱点，在保证车门整体轻量化设计要求的前提下，加大驾驶员门门框加强板尺寸和在驾驶员门内板下部拐点处增加加强板，以提高车门侧向刚度，使其满足设计要求。本文所提优化方案可为整车驾驶员门设计提供参考思路。