技术干货丨基于Radioss及HyperLife的车门SLAM疲劳分析

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在传统汽车开发过程中，开闭件的疲劳耐久属性是上车体阶段重要的考察内容，在进行车门开闭耐久性试验之前会进行车门SLAM疲劳分析，以节省测试成本并缩短开发周期。

本文将采用 Altair Radioss 显式求解器和 HyperLife 疲劳分析模块对前车门关闭过程进行应力输出以及疲劳损伤计算，通过 Radioss 计算输出车门钣金单元的应力载荷时间历程信息，其次使用过 HyperLife 统计应力历程信息里的平均值和幅值，最后得出单元的损伤和寿命。

Radioss 车门关闭瞬态计算

截取包含前车门在内的1/4车模型，具体建模边界条件及输出如下：

约束：模型截断线上施加SPC全约束
初始条件：
1）重力场
2）车门绕铰链轴线施加角速度1.12rad/s
3）计算时间0.1秒
接触：
1）车身于车门采用TYPE7通用接触
2）锁舌和锁扣采用TYPE11边线接触
输出：单元应力的时间历程信息。

图1 1/4车身带前车门模型

除了以上建模边界条件以外，还需要对三处位置进行细化建模，即前车门铰链，车门锁芯锁扣，以及密封条；在前车门铰链处沿销轴轴线建立局部坐标，该局部坐标系将被用在初始条件卡片/INIVEL/AXIS中，保证选取的车门总成是绕该局部坐标系的轴线转动，同时销轴采用SPRING2N单元，并选用P13_SPR_BEAM（TYPE13）具有六自由度的弹簧作为其属性，将该弹簧单元的Rx向（弹簧轴线转动方向）刚度设置为0，其他方向刚度设置为较大值保证车门可绕销轴正常旋转，在初始体条件卡片/INIVEL/AXIS中选取设定好的局部坐标和车门单元集，其次在frame_ID中选择坐标系，最后在Vr中给定初始转动角速度1.12rad/s。

图2 TYPE13弹簧单元受力符号规则

图3 /INIVEL/AXIS初始条件卡片

同样地，锁芯锁舌的弹簧也需要使用SPRING2N单元配合P13_ SPR _BEAM（TYPE13）属性进行建模，并在Rx向（弹簧轴线转动方向）设定弹簧的螺旋刚度，以保证车门在关闭的过程中锁舌可以同锁环正常锁死；其次锁舌和锁环之间有较多的边边接触，因此除了白车身和车门采用TYE7通用接触外，此处的锁舌和锁环采用TYPE11边对边接触。

图4 锁舌和锁环结构图

车门的密封条一般有两种建模方式：

采用实体单元，并赋予具有超弹性特征的LAW42（OGDEN）材料，同时需要测试标定超弹性材料的各向受力状态下的参数；
采用SPRING2N弹簧单元配合属性P4_SPRING（一维弹簧）进行建模，各个弹簧之间的间距和实际截断密封圈进行标定的长度一致，同时通过测试获取截断密封圈的刚度，并将刚度值（或者曲线）赋予P4_SPRING；本文采用第二种方法进行建模，如下图所示：

图5 采用P4_SPRING属性建模的密封圈

建模完成后经过计算输出h3d结果文件、T01能量曲线文件和0001.out文件，其中h3d文件的动画显示出锁舌和锁环机构正常工作，T01文件的能量曲线基本正常，沙漏能与接触能均合理，0001.out文件显示能量误差为-15%，质量误差为2.03%，同样都在合理范围内，该结果可以作为疲劳计算的输入进行使用。

图6 锁舌锁环机构工作过程

图7 能量曲线

HyperLife车门钣金疲劳损伤计算

HyperLife 2024作为 Altair 旗下独立的疲劳求解软件，拥有中立的求解器并且支持多种第三方有限元求解结果文件，同时具备丰富的疲劳分析类型和求解模块，详细如表1所示：

表1

在完成Radioss的显式计算后，将h3d结果文件导入至HyperLife中，由于车门关闭测试一般在10万次以上，因此选择SN高周疲劳分析模块，同时Method选择多轴疲劳类型Multi Axial，存活率Certainty of Survival给定较为保守数值0.9，主应力损伤模型Tension Damage Model选择GOODMAN法，剪切应力损伤模型Shear Damage Model选择FINDEY法，最后在载荷工况处选择Transient Response。