轿车发动机罩静态刚度分析

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m ·-- 1 1 1 l'he stanc stiiiness analysis oicar englne hoodZHU Tian-junIr，KONG Xian-wei。 ，SUO Qian r，ZHANG Jun(1.College of the Mechanical and Electric Engineering，Hebei University of Engineering，Hebei Handan 056038，China；2.China Automotive Technology and Research Center，Tianjin，300300，China)Abstract：This article proposes the engine hood performance design requirement.The car engine hoodwas tested in the dent resistance，bending，torsional and lateral load conditions though the test staticstiffness system.The test results show as folows：The structure of the hood inner panel is the impor-tant factors to dent stiffness，the smaller stifness，the residual deformation is larger；The bending andtorsion stiffness reflect the overal perform ance of the engine hood；Lateral stiffness does not meet thetarget value，the structure of the hood inner panel and hinge are needed to optimize.Static rigidityprovides a test support for CAE simulation and conceptual design improvements of the engine hood。

Key words：static stiffness；dent stiffness；bending stiffness；torsion stiffness；lateral stiffness在现代轿车开发设计过程中，发动机罩的表面质量是影响车身性能的-项重要指标，尤其静态刚度是发动机罩-项重要性能，通过对轿车发动机罩静态刚度的研究，来改进发动机罩内板结构，满足其静态刚度性能 J。

国内许多学者研究了内外板结构和使用材料对发动机罩静态刚度的影响。王宏雁 等对发动机罩静态研究中讨论了材料性能对刚度影响，通过改变材料来提高刚度；刘涵l 等对发动机罩内板结构进行了优化来提高静态刚度。

本文采用静态刚度测试系统对发动机罩进行了静态刚度试验，主要在扭转、弯曲、侧向和抗凹工况下进行了试验分析，发现内板结构和铰链结构对刚度有重要影响，提供了结构改进方向。

1试验原理和试验方法1.1试验原理发动机罩静态刚度试验测试原理如图 1所示，发动机罩静态刚度试验包括弯曲刚度、抗凹刚度、扭转刚度和侧向刚度，分别对应了弯曲、抗凹、扭转和侧向试验。通过加载装置和测试设备对固定在试验台上发动机罩进行加载和测试，得到的试验数据需要进行理论分析，得到试验结论。

1.2试验方法1.2.1测试系统组成发动机罩静态刚度测试系统由试验对象、加载装置、i贝0试设备、固定装置和控制装置组成。

收稿日期 ：2012-12-17基金项目：国家自然科学基金(51205105)；河北省自然基金资助项 目(E2012402014) 特约专稿作者简介：朱天军(1977-)，男，河北邢台人，副教授，从事车辆动态仿真与控制及测试技术方面的研究。

第 2期 朱天军等 ：轿车发动机罩静态刚度分析 892.加载方式对于抗凹、弯曲和扭转三种试验测量点尽量与加载头圆弧面中心位置接触，且加载头圆弧面与发动机罩外板周围曲面间隙尽量均匀-致。而侧向试验的加载头水平加载在发动机罩的加载点上。在四种静态试验中都采用分阶段加载。四种试验的加载方式如图4所示。

3.约束条件1)将发动机罩铰链约束在固定装置上，使其全约束；2)约束锁钩的 z向，使其沿 z向不能上下移动；3)在缓冲块位置处对其进行约束，使其 z向不能上下移动。

四种试验的约束方式如图5所示。(1)抗凹和弯曲试验选择 1)、2)和 3)三个约束条件，如图5-a所示；(2)扭转和侧向试验试验选择 1)和2)两约束条件，如图5-b所示。

-(8)抗凹和弯曲约束方式 (b)扭转和侧向约束方式图5四种试验的约束方式Fig.5 Constrained ways of four tests4.预加载在试验进行之前，首先对发动机罩进行预加载，加载量相当于最大载荷值的-半(1-2次)，以减小试验误差。

5.位移传感器放置位移传感器的放置方向要与电动缸加载方向- 致或反向，且保证位移传感器是其量程的-半。

2试验结果与分析根据静态试验原理，依据上述试验方法，对发动机罩依次进行抗凹、弯曲、扭转和侧向试验，得到各种工况下的试验结果，并对试验结果进行了理论分析，并绘制了力 -变形量曲线图和抗凹测点之间变形量的对比图。

(1)抗凹试验结果如表 1所示，各个测点的最大变形量均小于设计 目标值，均满足 目标设计要求；变形量越大的测点，说明这些点抗凹刚度较小，受外在力影响较大，内板对抗凹刚度的贡献率较小；测点 P：变形量最大，且位于发动机罩中心位置，主要考虑了被动安全性而抗凹刚度较校表 1各测点试验结果与目标值Tab.1 The results of each testing pO.mt and the target value钡0点 P1 P2 P3 P4 P5最大变形li/mm 7.05 13.27 6.30 7.29 10.37 7.30残余变形；/mm 0.02 0.01 0.13 0.26 0.05 0.24目标值/mm 7.50 l3.50 6.50 7.50 1050 7.50各测点在加载和卸载过程中实时检测到力与变形量之间的变化曲线，如图 6所示。在加载和卸载过程中两曲线不能重合，说明发动机罩受加载力后有-定的残余变形；曲线越陡，抗凹刚度越大，在外界载荷作用下变形较小；随着加载力的增大，力与变形量曲线走势由陡峭逐渐变为平缓，然后由平缓再逐渐变的陡峭，说明该部位首先是弹性变形，然后弹性变形过渡为塑性变形，最后由塑性变形过渡到屈服变形。

变形量 姗 变形量/mm(a) 测点力 -变形量曲线 (b) 测点力 -变形量曲线变形量/mm 变形量/mm(c)P3测点力 -变形量曲线 (d) 测 点力 -变形量曲线变dt/ram 变形量 m(e) 测点力 -变形量曲线 (f) 测点力 -变形量曲线图6力-变形量曲线Fig.6 Force-def0rmatiOn curve下面对各个抗凹测点在纵向和侧向方向上的变形量进行了对比，如图7所示。从图7-a可知P 、P：、P。三测点在发动机罩中心线上，P：测点变河 北 工 程 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2013年量最大，此点刚度相对较弱，原因-是考虑了被动安全，刚度不能太大；二是 P 点位于发动机罩中点位置，属于大面积区域。图7-b可知 P 、P 两点在纵向的-条线上，在加载力小于 200 N时，P点刚度大于 P 点；当加载力大于 200 N时，P 点刚度大于P 点；可以说明此刚度的变化主要受到发动机罩内板结构影响， 内板刚度较弱。图7- C可知 P 、P4、P 三测点变形量基本-致，说明这三点刚度基本-样。图7-d可知 P 、P4、P 三测点变形量变化受到发动机罩内板结构影响，P内板刚度相对较弱。

咖1 6200 钟 l0o XSO 200 250 300 350 400加载力/N(a)PI P三测点变形量对比图0 50 100 150 20 250 300 350 400加氯力/N(b) P 两测点变形量对比图0 50 100 15，0 200 250 300 $50 40 加载力/N(c)PJ P4P 三测点变形量对比图0 SO 100 150 200 250 3o0 550 400加载JJ/N(d) P6三测点变形量对比图图7测点变形量对 比图Fig.7 The deformation comparison chart oftest ing points(2)扭转刚度试验结果扭转试验中试验数据如表 2所示，可知发动机罩的最大扭转变形量小于目标值 1.5 mm，满足目标值设计要求。

表 2扭转刚度试验结果和目标值Tab.2 The test results of torsional stifnessand the target value由图8所示，可知进行的两次扭转试验所得的力 -变形量曲线基本吻合，-致性好，而且说明第-次扭转后的残余变形量对第二次试验影响小，发动机罩的扭转刚度比较大。

图8扭转试验力-变形量曲线Fig.8 Force-deformation curve of thetorsional stiffness test(3)弯曲刚度试验结果弯曲试验中试验数据如表 3所示，最大弯曲变形量小于目标值6ram，满足目标值要求，且其弯曲刚度为34.3 N/mm，弯曲刚度达到设计要求。

表3弯曲刚度试验结果和目标值Tab.3 The test results of bending stifnessand the target value第 2期 朱天军等：轿车发动机罩静态刚度分析 91由弯曲试验力 -变形曲线图 9所示，进行的两次试验所得的力 -变形量测试 曲线基本吻合，- 致性较好，而且说明说明第-次弯曲后的残余变形量对第二次试验影响校图9弯曲试验力-变形量曲线Fig.9 Force-deformation curve of thebending stiffness test(4)侧向刚度试验侧向试验中试验数据如表 4所示，可知发动机罩最大侧向变形量大于 目标值 1 mm，不满足 目标值设计要求，需要对铰链结构和内板进行结构优化和改进。

表4侧向刚度试验结果和目标值Tab.4 The test results of the lateral stifnessand the target value由侧向试验力 -变形量曲线图 l0所示 ，可知进行侧向试验后残余变形量较大，侧向刚度不满足要求，通过分析，铰链侧向位置比较薄弱，是影响侧向刚度的主要因素，需要改进结构设计。

图1O侧向试验力-变形量曲线FiglO Force-deformation curve of the lateralstiffness test3结论内板结构是影响发动机罩抗 凹刚度重要 因素，通过内板优化结构和合理布局可提高其抗凹静刚度；弯曲刚度和扭转刚度反映了发动机罩整体承受弯扭载荷的能力；侧向刚度较弱，需要对内板和铰链进行结构优化和改进。