技术干货丨基于 Radioss 及 HyperLife 的车门 SLAM 疲劳分析

在传统汽车开发过程中，开闭件的疲劳耐久属性是上车体阶段重要的考察内容，在进行车门开闭耐久性试验之前会进行车门 SLAM 疲劳分析，以节省测试成本并缩短开发周期。

本文将采用 Altair Radioss 显式求解器和 HyperLife 疲劳分析模块对前车门关闭过程进行应力输出以及疲劳损伤计算，通过 Radioss 计算输出车门钣金单元的应力载荷时间历程信息，其次使用过 HyperLife 统计应力历程信息里的平均值和幅值，最后得出单元的损伤和寿命。

1、Radioss 车门关闭瞬态计算

截取包含前车门在内的 1/4 车模型，具体建模边界条件及输出如下：

• 约束：模型截断线上施加 SPC 全约束

• 初始条件：

  1）重力场

  2）车门绕铰链轴线施加角速度 1.12rad/s

  3）计算时间 0.1 秒

• 接触：

  1）车身于车门采用 TYPE7 通用接触

  2）锁舌和锁扣采用 TYPE11 边线接触

• 输出：单元应力的时间历程信息。

图 1  1/4 车身带前车门模型

除了以上建模边界条件以外，还需要对三处位置进行细化建模，即前车门铰链，车门锁芯锁扣，以及密封条；在前车门铰链处沿销轴轴线建立局部坐标，该局部坐标系将被用在初始条件卡片/INIVEL/AXIS 中，保证选取的车门总成是绕该局部坐标系的轴线转动，同时销轴采用 SPRING2N 单元，并选用 P13_SPR_BEAM（TYPE13）具有六自由度的弹簧作为其属性，将该弹簧单元的 Rx 向（弹簧轴线转动方向）刚度设置为 0，其他方向刚度设置为较大值保证车门可绕销轴正常旋转，在初始体条件卡片/INIVEL/AXIS 中选取设定好的局部坐标和车门单元集，其次在 frame_ID 中选择坐标系，最后在 Vr 中给定初始转动角速度 1.12rad/s。

图 2  TYPE13 弹簧单元受力符号规则

图 3   /INIVEL/AXIS 初始条件卡片

同样地，锁芯锁舌的弹簧也需要使用 SPRING2N 单元配合 P13_ SPR _BEAM（TYPE13）属性进行建模，并在 Rx 向（弹簧轴线转动方向）设定弹簧的螺旋刚度，以保证车门在关闭的过程中锁舌可以同锁环正常锁死；其次锁舌和锁环之间有较多的边边接触，因此除了白车身和车门采用 TYE7 通用接触外，此处的锁舌和锁环采用 TYPE11 边对边接触。

图 4   锁舌和锁环结构图

车门的密封条一般有两种建模方式：

1. 采用实体单元，并赋予具有超弹性特征的 LAW42（OGDEN）材料，同时需要测试标定超弹性材料的各向受力状态下的参数；

2. 采用 SPRING2N 弹簧单元配合属性 P4_SPRING（一维弹簧）进行建模，各个弹簧之间的间距和实际截断密封圈进行标定的长度一致，同时通过测试获取截断密封圈的刚度，并将刚度值（或者曲线）赋予 P4_SPRING；本文采用第二种方法进行建模，如下图所示：

图 5   采用 P4_SPRING 属性建模的密封圈

建模完成后经过计算输出 h3d 结果文件、T01 能量曲线文件和 0001.out 文件，其中 h3d 文件的动画显示出锁舌和锁环机构正常工作，T01 文件的能量曲线基本正常，沙漏能与接触能均合理，0001.out 文件显示能量误差为-15%，质量误差为 2.03%，同样都在合理范围内，该结果可以作为疲劳计算的输入进行使用。

图 6   锁舌锁环机构工作过程

图 7    能量曲线

2、HyperLife 车门钣金疲劳损伤计算

HyperLife 2024 作为 Altair 旗下独立的疲劳求解软件，拥有中立的求解器并且支持多种第三方有限元求解结果文件，同时具备丰富的疲劳分析类型和求解模块，详细如表 1 所示：

表 1

在完成 Radioss 的显式计算后，将 h3d 结果文件导入至 HyperLife 中，由于车门关闭测试一般在 10 万次以上，因此选择 SN 高周疲劳分析模块，同时 Method 选择多轴疲劳类型 Multi Axial，存活率 Certainty of Survival 给定较为保守数值 0.9，主应力损伤模型 Tension Damage Model 选择 GOODMAN 法，剪切应力损伤模型 Shear Damage Model 选择 FINDEY 法，最后在载荷工况处选择 Transient Response。

图 8    瞬态响应疲劳分析

其次在 Material Setup 中选择需要计算疲劳损伤的部件，材料曲线可以通过 Material DB 软件自带材料库进行定义，也可以通过 My Material 模块自定义材料的疲劳曲线，完成车门钣金 SN 疲劳曲线的定义后，在 Load Map 中设定疲劳载荷事件及重复次数 100000：

图 9   Load Map 中设定疲劳载荷事件

最后提交计算，在经过雨流计数和损伤叠加后，得到前车门内板损伤结果：

图 10    前车门内板损伤结果

结果显示在门框边缘处损伤最大达 0.16，损伤位置较为合理，根据行业经验，钣金疲劳损伤值需尽量控制在 0.25 以内，因此符合要求。

3、总 结

在上车体的开发过程中，基于 Radioss 的显式求解器和 HyperLife 的疲劳软件能够为车门 SLAM 分析提供完整的解决方案，HyperLife 疲劳软件的 Transient Response（瞬态响应法）同时还能支持其他显式求解文件或动力学分析结果，极大地丰富了用户的选择。

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