车门外表面刚度工程设计方法

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随着中国汽车工业的快速发展，购车的人越来越多。许多首次购车的客户，常常会通过最直接和最直观的方式来感知汽车的安全性和质量。用手触摸并按压汽车外表面，感知汽车外表面的软硬程度，并由此推断汽车的安全性和质量，是-种常用的方式。世界汽车保有量与日俱增 ，正以越来越大的影响力改变着人们的工作和生活，但随之而来世界汽车工业面临着能源短缺、环境污染等-系列问题也日益突出。研究表明，汽车质量每减轻 10%，可节省燃油(6～8)%旧，燃油效率提高 5.5%日，排放下降 4% 。车辆零部件厚度的优化和使用新材料是汽车轻量化的主要手段，使用新材料和高强度材料价格比较昂贵，而且高强度材料的成形性能较差，增加了制造模具的难度和成本，很难实现质量和成本的同时降低。另外，轻量化时，采用铝材料的外板，会大大降低外表面刚度，使人们对汽车外表面板材的使用性能提出了更高要求 。车辆零部件厚度优化方法，既减轻车身质量，又避免了成本的额外增加。但是，材料厚度的减薄，特别是外板板厚的减薄，会使外表面刚度有较大降低。因此，怎样在轻量化的同时，确保外表面刚度性能能够满足客户要求，是必须解决的问题。以车门为例，说明外表面刚度T：程设汁的方法。

2工程标准为了准确描述前后门的刚麈情况，把外表面分别划分成9个分 ，如图 1所示。根据客户的关注程度，分为高关注Ⅸ域和低关注：域，前门和后门的曰分区、C分区和E分 均为高关注区域。

禹蘑l蠢 . 嚣薯嚣(a)前门 (b)后门图 1前和后门外表面分区图Fig.1 Zone for Front& Rear Door Outer Panel根据使 时的不同载荷范罔，刚度可以分为初始刚度和总体刚来稿日期：2012-06-04作者简介：张群生，(1973-)，男，工程硕士，主要研究方向：制造过程监测与控制、制造过程建模 仿真；王 华，(1975-)，男，博士，副教授，主要研究方向：制造过程监测与控制、制造过程建模与仿真蠡第4期 张群生等：车门外表面刚度工程设计方法 9度，如图2所示。初始刚度是载荷为(1025)N时 ，外表面的变形位移，是外表面的载荷-位移曲线中初始部分的线陆斜率；初始刚度用于评价外表面低载荷下的变形；与人手按压外板时的初始感觉、关门声音和坏路时的振动相关。总体刚度则是在 1 50N载荷内，外表面的平均变形，是外表面的载荷啦 移曲线中的平均斜率；总体刚度用于评价手按压外板的总体感觉、高载荷时盼 表现。根据车辆使用环境、客户调查结果，车flt，表面刚度的工程设计生能要求，如表 1所示。

图 2计算初始刚度和总体刚度的载荷-位移曲线Fig.2 Load-Displacement Curve Whose Initial Stiffnessand Total Stifiness is Calculated表 1车门外表面刚度要求Tab.1 Stifness Specification for Door Outer Surface要求项目 高关注区域 低关注区域总体刚度初始刚度150N变形小于 7.5mm I50N变彤小于 10lnm大于 15N/mm3影响因素影响车flU't，表面刚度的 数共有 8个，每个 数对外表面刚度中的总体刚度、初始刚度和影响区域大小都有差别，其具体的影响作用，如表 2所示。

表 2各因素对外表面刚度的不同作用Tab.2 Diferent Impacts of Each Factor AfectingOuter Panel Stifness4工程设计模型影响外表面刚度的[大l素很多，而且每-个大1素对外板刚度的影响区域和程度也有很大差别。丁程设计时，如果不分主次的- 起考虑，很难获得好的效果，因此 ，需要建立-个模型，从主要到次要，按照-定的步骤来选定各个影响凶数。车；ql-表面刚度工程设计模型分为四个部分，如图 3所示。

4.1影响主体性能的工程设计影响主体性能的T程设计包括外板材料选择、外板外表面曲率检查，这两个因素，对外表面整个区域都有影响，但是，这两个因素更与重量、成本、外观及其他 能密切相关。通常情况下，不可能仅仅为了外表面刚度的性能要求做较多更改，因此，对于材料和曲率，提出需要满足的基本要求，并作相应检查。外板厚度通常为(0.60.75)Inn，新的工程设计夕l-板厚度选取不大于原设计的厚度。

为了降低成本，设计开始阶段，外板不选用烘烤硬化钢，烘烤硬化钢可以作为工程设计后期的改进备选方案。外观好是整车的重要卖点，不能仅仅因为需要提高外表面刚度的性能，而要求外表面造型有较大改变，但是，外表面形状的拱高比要满足大于0.02的基本要求，控制外表面曲率，否则，很难找到其他有效的措施，来满足初始刚度的性能要求。如果满足拱高比大于 0.02的基本要求，但还不能满足刚度性能要求，我们需要通过其他方法来提高刚度陛能。

- - - - - - - - - - - - - - - - I-影响主体性能 ：图3外表面刚度工程设计模型Fig.3 Engineering Design Model for Outer Surface Stiffness4.2影响大区域性能的工程设计影响大区域性能的设计包括是否需要外板加强板、外板加强板设计和内外板膨胀胶选择。在这部分工程设计中，我们首先需要根据前面第-部分的工程边界条件 ，初步判定是否需要外板加强板。根据是否有外板加强板两种情况，分别有两条设计路径。

如果有外板加强板，首先要设计外板加强板，接着完成内外板膨胀胶选择。如果没有外板加强板，直接完成内外板膨胀胶选择。影响大区域性能设计是外表面刚度工程方案设计的核心内容，它决定了外表面刚度的整体性能水平。这部分内容，不但需要根据第三部分的工程方案反泪果 ，进行不断更改和优化 ，而