基于性能要求的汽车尾门轻量化设计研究(3)

1.2.3塑料尾门结构设计

在塑料尾门设计时，如不考虑车型配置分色要求，尾门可以设计为集成扰流板、左右侧饰板、牌照灯饰板及部分内饰。由于原车型后扰流板及左右侧饰板与尾门本体分色不同，综合考虑成型工艺因素，仅将牌照灯饰板与尾门外板集成一体（图2）。尾门内板与尾门加强件采用螺钉紧固连接（图3），尾门外板与尾门内板采用聚氨酯胶粘合连接，聚氨酯胶技术参数为：弹性模量5MPa、泊松比 0.393（23度）、密度1.26g/ml。

图2 尾门外板方案图

图3 尾门内板总成结构图

2 尾门刚度性能分析

2.1 塑料尾门有限元模型的建立

将塑料尾门几何模型导入Hypermesh前处理软件中，经过抽取中面，几何清理及网格划分等操作，其中网格划分尽量采用四边形单元，且三角形单元数不超过单元总数的5%。尾门模型主要包括内板、外板及加强板等。建立局部坐标系：取尾门锁点与铰链轴建立局部坐标系。在该局部坐标系中，x’方向为铰链轴方向，y’方向为铰链轴与锁点确定平面的法线方向。

2.2 性能分析标准

2.2.1尾门弯曲刚度分析

约束条件见图4，载荷工况：在尾门锁点处施加y’向300N的载荷。

图4 弯曲刚度约束条件和载荷工况

2.2.2尾门双侧扭转刚度分析

约束条件见图5，载荷工况：在尾门两侧缓冲块位置沿y’方向施加240Nm扭矩。

图5 双侧扭转刚度约束条件和载荷工况

2.2.3尾门单侧扭转刚度分析

约束条件见图6，载荷工况：在尾门左侧缓冲块位置施加y’向100N的载荷。

图6 单侧扭转刚度约束条件和载荷工况

2.2.4尾门中部刚度分析

约束条件见图7，载荷工况：在尾门中部缓冲块位置施加y’向100N的载荷。

图7 中部刚度约束条件和载荷工况

2.2.5尾门角刚度分析

约束条件见图8，载荷工况：在尾门下部缓冲块位置施加y’向100N的载荷。

图8 角刚度约束条件和载荷工况

2.3 性能分析对比

依据2.2节分析标准对塑料尾门的弯曲刚度、双侧扭转刚度、单侧扭转刚度、中部刚度、角刚度进行分析，各工况下的位移云图如图9～13所示，刚度分析结果见表2。通过分析比对可知，塑料尾门刚度性能均满足设计目标要求。

图9 尾门弯曲刚度分析位移云图

图10 尾门双侧扭转刚度分析位移云图

图11 尾门单侧扭转刚度分析位移云图

图12 尾门中部刚度分析位移云图

图13 尾门角刚度分析位移云图

3 轻量化效果分析

为得到塑料尾门减重效果，将塑料尾门与原钢材质尾门模型进行比较（见表3），通过数据对比可知塑料尾门相比钢材质尾门约减重37%。

4 总结

文章以满足刚度性能要求为目标来进行尾门轻量化设计，将传统的钢材质尾门用塑料材质来替换，并对尾门结构进行设计更改，通过对各工况下尾门的刚度进行有限元仿真分析，在尾门刚度性能达到目标的同时，实现尾门的轻量化设计。

文章来源：《塑料》 网址: http://www.slzzs.cn/qikandaodu/2020/1107/617.html