技术干货丨基于Radioss及HyperLife的车门SLAM疲劳分析

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：

1. 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；

2. 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

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。

图8    瞬态响应疲劳分析

其次在Material Setup中选择需要计算疲劳损伤的部件，材料曲线可以通过Material DB软件自带材料库进行定义，也可以通过My Material模块自定义材料的疲劳曲线，完成车门钣金SN疲劳曲线的定义后，在Load Map中设定疲劳载荷事件及重复次数100000：

图9   Load Map中设定疲劳载荷事件

最后提交计算，在经过雨流计数和损伤叠加后，得到前车门内板损伤结果：

图10    前车门内板损伤结果

结果显示在门框边缘处损伤最大达0.16，损伤位置较为合理，根据行业经验，钣金疲劳损伤值需尽量控制在0.25以内，因此符合要求。

总 结

在上车体的开发过程中，基于Radioss的显式求解器和HyperLife的疲劳软件能够为车门SLAM分析提供完整的解决方案，HyperLife疲劳软件的Transient Response（瞬态响应法）同时还能支持其他显式求解文件或动力学分析结果，极大地丰富了用户的选择。