0 引 言

汽车顶盖开天窗后，局部刚度会降低，当刚度不足时，在高速行驶，会产生震动及噪音，影响汽车的使用性能，严重的情况下天窗会掉下。汽车顶盖的局部抗凹性能是反映顶盖刚度性能的重要特性, 因此其抗凹性能分析越来越受到设计部门的重视。

本文采用有限元分析方法，基于 ABAQUS软件强大的非线性功能，对某车型顶盖刚度通过抗凹性仿真模拟进行了对比分析，得到 120N载荷下天窗的顶盖局部位移曲线及云图，为整车开发的前期设计提供了参考。

1 分析模型

1.1 有限元模型的截取

顶盖的有限元模型截取自白车身。在模型截取过程中既要使截取后的顶盖模型计算后与实物保持一致，又要使有限元模型尽量简单。鉴于以上考虑截取自白车身的有限元模型，模型网格的基本尺寸采用 5mm×5mm 建模，共有154640 个单元。最后的模型如下图 1 所示。

1.2 材料与属性

本次分析涉及7种材料，由于要考虑顶盖的塑性变形，除了给出材料的弹性模量和泊松比外还给出了材料发生塑性变形后的塑性应变和应力的曲线。

图 1 顶盖有限元模型

2 边界条件

顶盖的抗凹刚度性能分析要考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性。在分析中，采用解析刚体模拟刚性压头，在薄弱区域建立刚性面与顶盖之间接触关系。120N 载荷施加在刚性面上，载荷方向沿着考察点曲面的法向。天窗用刚性体模拟，天窗的质量以集中质量加在天窗的质心处。约束 A/B/C 柱截面的 DOF123，边界条件如图 2 所示。

分析分为两个载荷步：

第一步：天窗自重下，顶盖的变形；

第二步：施加位移载荷，在选取分析考察点建立垂直于外板的局部坐标系，在刚性面参考点沿局部坐标系 Z 轴施加 120N 载荷。

3 计算结果及分析

根据实验测量顶盖刚度最弱的区域作为抗凹点的分析位置，具体选择在下图所示天窗右下角，与天窗边缘的距离为 50mm 处，在天窗自重下及 120N 载荷下的变形如下图 3/4 所示。计算、分析值与实验值比较接近，结果如表 1 所示。

图 3 天窗自重下变形

图 4 120N 的变形

表 1 结果比较

此时开天窗后的顶盖的抗凹性较弱，变形较大，不能接受，需要进行局部加强优化。

4 结构改进

为了解决现有车型顶盖刚度不足问题，在不增加零件模具的情况下，通过在天窗附近区域粘贴结构加强片，来加强顶盖的刚度。工程上提出了 3 种粘贴结构加强片的方案：

方案一：在天窗 4 周贴加强片，如图 5 所示；

方案二：在天窗 4 周部分区域贴加强片，如图 6 所示；

方案三：在天窗后部一个区域贴加强片，如图 7 所示；

分析结果如下图所示：

从上面的分析结果可知，方案 1 与方案 3对安装天窗后的顶盖刚度不足问题有了很大的改善，方案 3 的改善效果与方案 1 相差不大，且方案 3 所贴的加强片较少，成本降低达 2/3。综合考虑可知方案 3 最优，结果如表 2 所示。

表 2 各方案结果比较

5 总 结

本文利用ABAQUS软件的弧长算法对某车型开天窗后的顶盖进行了抗凹性分析，分析结果与实验较一致。根据分析结果对顶盖的 整体刚度性能做了评价，并提出了优化方案，经试验检测证明优化改进后的顶盖刚度性能得到了明显的改善。

资料来源：达索官方