技术干货丨 OptiStruct 非线性之前车门过开分析（内附模型下载）

紧接上篇《OptiStruct 非线性之前车门下沉分析》，本篇将介绍 Altair® Optistruct® 非线性系列之车门过开分析，该文涉及的基础模型与上篇模型一致（模型可在文末进行下载~），仅载荷约束及分析目标有所变化，一起来看看本期的内容吧~

分析目的

检验车门在过开滥用工况下的强度性能，需满足加载和卸载位移需求。

工况描述

1、截取包含前车门总成在内的 1/4 车模型，截断线处全自由度约束，在车门锁芯处建立局部坐标系，以铰链轴线和锁芯点所形成平面的法向为 Y 轴，全局坐标的垂向为 Z 向，局部坐标系原点即为锁芯中心点，同时约束锁芯中心点处在局部坐标系下的 Y 方向自由度（此处约束为防止施加预紧力时，因欠约束导致计算不收敛）。

2、模型需要考察车门在全开状态下的极限过开强度，分为四个继承工况：

●工况 1：对铰链螺栓施加预紧力（可根据企标或螺栓规格设定）；

●工况 2：对模型施加重力场；

●工况 3：在锁芯中心点处施加局部坐标系下 Y 向 500N 载荷（可根据企标设定）；

●工况 4：保留约束进行卸载；

目标

在工况 3 的加载中，考察车门最大开启角度（目标值可根据企标设定）。

在工况 4 的卸载中，考察车门永久变形角度（目标值可根据企标设定）。

在该模型建模计算过程中，主要关注三点内容：

1.CONSLI 连续大滑移接触。

2.CNTSTB 接触稳定性参数卡片。

3.NLCTRL 非线性控制卡片。

CONSLI 连续大滑移接

除了在铰链位置处添加接触对以外，还需要在限位器拉杆支架与车身侧，限位器与车门侧，以及拉杆和限位器之间建立接触对，如图 1 所示：

图 1 拉杆和限位器的接触面建立接触对

由于车门在极限位置过度开启的过程中，拉杆与限位器之间会产生较大的相对滑移，因此拉杆和限位器之间的接触滑移类型选择为 CONSLI，即连续大滑移，如图 2 所示：

图 2 拉杆与限位器之间大滑移接触

CNTSTB 接触稳定性参数卡片

由于设置了连续大滑移的接触，因此为了保证接触稳定性需要添加 CNTSTB 卡片，其详细设置如图 3 所示：

图 3 CNTSTB 卡片设置

CNTSTB 卡片是用来定义接触控制稳定参数的卡片，适用于几何小变形/几何大变形情况下的非线性静态、非线性瞬态分析中的面面接触以及点面接触，在遇到接触不易收敛，以及在计算接近完成（载荷增量达到 0.98-1）时未能收敛情况下，使用该卡片可以保证良好的收敛性；在 APSTB 中选择 Y 表示开启接触稳定，S0 和 S1 这两个参数所形成的时域相关的接触稳定缩放因子可以控制计算过程中的接触法向刚度，S0 默认为 1，在 S1 处需要设置较小的值如 0.1 以改善其收敛性，如图 4 所示：

图 4 接触缩放因子曲线

在初始时刻其预接触的法向刚度最大，在计算完成时刻，将会逐渐释放部分法向接触刚度；卡片中的 SCALE 为法向刚度缩放系数，默认 1.0，TRAFAC 为切向刚度缩放系数，默认 0.1。

NLCTRL 非线性控制卡片

在设置非线性控制卡片时，推荐采用 NLCTRL 以取代 NLPARM+NLADAPT 组合，NLCTRL 包含了 NLPARM 卡片中的初始载荷增量、收敛准则、最大迭代步等信息，同时也包含了 NLADAPT 卡片中的时间步长控制、接触收敛控制和 CUTBACK 次数；NLCTRL 采用了力收敛准则，位移收敛准则，力矩收敛准则和旋转位移收敛准则，因此相较于 NLAPRM 的位移载荷及能量收敛准则，NLCTRL 能够提升收敛的精度和稳健性。

图 5 NLCTRL 非线性卡片

在 NLCTRL 卡片的收敛准则中，TOLF 表示力收敛准则，默认的收敛容差为 0.005，TOLU 表示位移收敛准则，默认的收敛容差为 0.01，TOLM 表示力矩收敛准则，默认的收敛容差为 0.005，TOLR 表示旋转位置收敛准则，默认的收敛容差为 0.01，在每个迭代步中，以上四个收敛准则必须全部满足，该载荷增量才能完全收敛。

在设置好接触对，接触稳定性和非线性卡片后，计算得到结果如下：

图 6 车门开启位移及角度

图 7 车门最大开启角度和回程角度

从图 7 中的结果可以看出，车门在加载过程的最大开启角度为 1.52°，卸载的回程角度为 1.44°，其卸载后的永久变形角度为 0.08°。

总结

OptiStruct 的连续大滑移接触 CONSLI 在车门过开的限位器上有良好的接触模拟表现，其 NLCTRL 非线性卡片在应对具有较强塑性应变和接触非线性的计算模型时，能够有效提升计算精度和收敛稳健性。

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