汽車引擎蓋，又稱發(fā)動機(jī)罩或引擎艙蓋，是汽車車身結(jié)構(gòu)中覆蓋在發(fā)動機(jī)艙上方的重要部件。它不僅作為汽車外觀的一部分，還承擔(dān)著多重關(guān)鍵功能。首先，引擎蓋能夠有效保護(hù)發(fā)動機(jī)及其相關(guān)零部件免受灰塵、雨水、雪花等自然環(huán)境的侵蝕，以及行駛中飛濺的小石子、樹枝等外物的直接沖擊，從而延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。其次，引擎蓋的設(shè)計還考慮到空氣動力學(xué)性能，通過合理的流線型設(shè)計，幫助汽車在行駛過程中減少風(fēng)阻，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。此外，引擎蓋也是車輛碰撞安全結(jié)構(gòu)的一部分，在發(fā)生正面碰撞時，它能夠在一定程度上吸收和分散撞擊能量，減輕對車內(nèi)乘員的傷害。同時，引擎蓋的開啟設(shè)計也便于日常保養(yǎng)和維修工作的進(jìn)行，如更換機(jī)油、檢查發(fā)動機(jī)狀況等。

 

 

 

引擎蓋有帶空氣彈簧和不帶空氣彈簧之分。一般，不帶空氣彈簧的引擎蓋落下到關(guān)閉位置時的速度要大一些。關(guān)蓋力大時，引擎蓋在關(guān)閉瞬間的角速度也要大，一般有對緩沖塊用來吸收能量，阻止引擎蓋砸壞前端的保險杠蒙皮，格柵，大燈等塑料件。

 

本文的主要研究對象是某車型的引擎蓋，此引擎蓋不帶空氣彈，有三對緩沖塊。

 

 

圖1 本文研究對象：引擎蓋

 

建立有限元模型

本文通過 Hypermesh 進(jìn)行有限元模型建立，模型建立在中面上。

2.1 引擎蓋內(nèi)板和外板之間的點(diǎn)膠連接用彈簧模擬。

2.2 鉸鏈用類型為 CONN3D2 的 ROD單元，其屬性為 CONNECTOR 中的 HINGE。其中 ROD 單元兩端的無質(zhì)量點(diǎn)加一個小的集中質(zhì)量。

 

 

圖2 鉸鏈的模擬

 

2.3緩沖塊用剛性體通過 SPRINGA 單元連接到緩沖塊的安裝面上。剛性體的位置為緩沖塊的頂端，用類型為 DASHPOTA 的 Spring單元來模擬阻尼，用平移鉸來引導(dǎo)緩沖塊的運(yùn)動方向，用類型為 CONN3D2的 ROD 單元模擬平移鉸，其屬性為 CONNECTOR 中的 TRANSLATOR。具體定義如下：

 

*SHELL SECTION, ELSET=auxi _bumper_L,MATERIAL=bumper_ mat1.0，

*rigidbody, ref node-4756l,elset=auxi bumper

*CONNECTOR SECTION, ELSET= joint_bump_1

TRANSLATOR,

system_bump_1,

 

 

圖3 緩沖塊的模擬

 

2.4 鎖的主彈簧用彈簧單元的非線性屬性考慮一定的 XXXN 的預(yù)壓力，回位彈簧用彈簧單元的非線性屬性考慮一定的 XXXN 的預(yù)拉力。

2.5 在緩沖塊安裝位置結(jié)構(gòu)還沒有設(shè)計好的情況下用一定剛度的彈簧來模擬緩沖塊安裝面。2.6 所有接觸均用 general contact來定義，具體定義如下：

*CONTACT

* CONTACT INCLUSIONS, ALL ELEMENT BASED

* CONTACT PROPERTY ASSIGNMENT

，，con_pro

*SURFACE INTERACTION,NAME =con_pro

* FRICTION

0.02，0.0，0.0，0.0

 

 

圖4 分析模型全景

 

邊界條件和載荷

車身側(cè)鉸鏈安裝孔 1-6 個自由度約束，部分前艙的切開線處和前保險杠的安裝點(diǎn) 1-6個自由度約束。將引擎蓋子系統(tǒng)繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)軸向外旋轉(zhuǎn)2度左右，給引擎蓋子系統(tǒng)中可旋轉(zhuǎn)的所有零件一定的初始角速度XXXrad/，計算時間為 40ms。本計算考慮材料非線性和幾何非線性，且需要考慮零件自身的重力。

 

分析結(jié)果的討論

4.1.引擎蓋上靠近前保險杠蒙皮、大燈和格柵的關(guān)鍵點(diǎn)的過關(guān)量輸出引擎蓋在關(guān)閉過程中過關(guān)閉位置后向下的位移量稱為過關(guān)量。

 

圖5中橫坐標(biāo)是引擎蓋向下關(guān)閉的時間，單位是秒，縱坐標(biāo)是幾個關(guān)鍵點(diǎn)乙向位移，單位是毫米。point1 和 point2 是靠近大燈和保險杠的兩點(diǎn)，過關(guān)量的模擬結(jié)果 pointl為5.8mm，point2 為4.8mm，因?yàn)橛幸粚彌_塊靠 point2 比較近，所以 point2 處的過關(guān)量比 point1 處要小。point3 是y=0對稱面上靠近格柵的點(diǎn)，其過關(guān)量為5.3mm。引擎蓋和前保險杠蒙皮、大燈和格柵的設(shè)計的間隙為 5-6mm。根據(jù)計算結(jié)果設(shè)計是滿足要求的。試驗(yàn)證明引擎蓋的確沒有砸壞前端的塑料件。

 

 

圖5 過關(guān)量結(jié)果輸出

 

圖5中，三條曲線分別是引擎蓋上關(guān)鍵點(diǎn)在蓋略上抬后以一定的初速度關(guān)閉過程中Z向位移。根據(jù)曲線我們能看到引擎蓋以一定的初速度開始向下運(yùn)動，達(dá)到正常關(guān)閉位置后，由于慣性，還會繼續(xù)下行。當(dāng)動能完全被吸收轉(zhuǎn)化為勢能時，引擎蓋到達(dá)最低點(diǎn)，然后勢能釋放轉(zhuǎn)化成動能，接下來動能轉(zhuǎn)化成勢能，這樣不斷的衰減下去，最后引擎蓋停在正常關(guān)閉位置。由于計算到完全停下來計算時間很長，本文僅算了一個循環(huán)。

 

Point1，2，3 點(diǎn)的位置不同，point2離緩沖塊較近，point3 離鎖處較近，另外一定角速度下線速度有所不同，同時整個系統(tǒng)計算考慮了材料非線性和幾何非線性，其中存在變形，所以三個點(diǎn)初始位移為零，接下來的位移表現(xiàn)各有不同。

 

三條水平線分析是引擎蓋上關(guān)鍵點(diǎn)在蓋關(guān)閉到蓋正常關(guān)閉位置時的乙向位移。

三條帶箭頭的線為所要輸出的過關(guān)量，其值為最低位置與正常關(guān)閉位置的差值。

4.2.引擎蓋內(nèi)板應(yīng)力在材料的屈服極限以內(nèi)。試驗(yàn)中引擎蓋的確不存在塑性變形。

 

結(jié)論

a.ABAQUS/Explicit 軟件可以模擬汽車引擎蓋的開關(guān)耐久性試驗(yàn)。

b.通過模擬，既能預(yù)測引擎蓋在使用中是否會砸壞前保險杠、格柵和大燈，又能預(yù)測緩沖塊安裝和所接觸的局部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否足夠，有效地指導(dǎo)設(shè)計。

 

參考文獻(xiàn)

軟件 ABAQUS 的幫助文件 ABAQUS Version 6.5-4 Documentation