【技研】一文了解车身开闭件耐久分析

惯性释放法

惯性释放法基于外部载荷与惯性力之间存在近似平衡的假设，获取关闭时产生的锁扣力，预测车身开闭件疲劳寿命的一种方法。使用惯性释放方法，首先需要确保关闭件的一阶固有频率，排除产生结构共振的可能性；其次利用关闭过程中的惯性力，计算锁扣力；为确保仿真的精确性，惯性释放法需要通过与历史数据对比，确定锁扣载荷；最后评估应力应变结果，通过应变疲劳方法预测开闭件钣金的疲劳寿命。

惯性释放法采用的分析模型，包括只含钣金的关闭件（Clousre in White）及简单的附件，如密封条、缓冲块、玻璃、铰链等，其他附件可用质量点代替，下图是典型的惯性释放法评估应力应变结果的模型。

惯性释放法的优点是模型简单，不含复杂的白车身；计算利用线性分析，响应和迭代快速。难点是仿真过程中的精确确定和调整，需要依靠大量历史数据及工程师开发经验的支撑，而且无法考虑过程中的动态效应及材料、接触等非线性因素。

多体动力学法

用多体动力学（MBD）法评估车身关闭件的结构耐久性能，相对比较简单而且迭代快速。按下图所示流程及关闭件的有限元模型，可快速预测其疲劳寿命。多体模型中，关闭件的锁机械机构简化成刚体单元，缓冲块则用具备非线性刚度特性的弹簧单元模拟，关键钣金结构则定义成柔性体，获取关键接触部位的载荷，最终根据应力应变及变形效果预测关闭件的疲劳寿命。

多体动力学法评估车身关闭件的结构耐久性能，把车身部分看作是刚体，而把关闭件定义为柔性体。利用多体动力学分析获取关键部位的载荷，可得到相应的应力应变性能，从而评估其耐久性能。然而，考虑锁机构、密封条及缓冲块加载-变形的非线性特性，往往需要大量的前期试验数据的支撑和对标，这是应用多体动力学法精确评估车身关闭件结构耐久性能的必要功课。

瞬态非线性法

瞬态非线性法仿真所用有限元数模最全面，既包括关闭件本身及相关附件，如密封条、门锁机构、缓冲块、气动/电动撑杆等，同时考虑了周边匹配的白车身部分，如在前盖的SLAM分析过程中同时也考核水箱上横梁、大灯支架等车身钣金件的耐久性能，下图是典型的前盖SLAM模型。

瞬态非线性法仿真过程以真实物理关闭速度作为输入，采用显式非线性进行计算，铰链旋转、缓冲块撞击、撑杆的压缩和拉伸、门锁机械结构的复杂运动，以及部件之间的相互接触，都能在前期的瞬态分析中被模拟出来（如下面的动图）。最后根据关键区域应力应变结果及材料的疲劳特性进行寿命预测。

瞬态非线性方法模拟关闭件SLAM过程，既能综合考虑关键部位金属材料的非线性特性及部件之间的接触非线性，还能考虑到包括密封条、缓冲块在内的非金属材质部件在关闭过程中起到的吸能和缓冲作用，相关焊点的受载模式，通过特殊的建模方式，也能得到有效模拟。但瞬态非线性方法也存在诸如模型复杂、计算时间长、迭代过程慢等缺陷，而且，精确模拟门锁内部机械结构的往复振动和能量传递、以及密封条管内气压变化对钣金部件的影响，也比较困难。