摘要：某乘用車在道路試驗中，機艙蓋內板靠近左側鉸鏈處發生開裂現象，針對此開裂問題，對該車型的機艙蓋進行強度仿真分析計算，尋求開裂原因。為更好的模擬實際工況，考慮了機艙蓋在道路試驗過程中各種受力情況，同時設計了四種工況條件。根據計算的應力、變形結果找出導致開裂的主導因子，并對開裂區域進行優化設計,改進后的部件在后續路試中，未出現開裂，驗證了優化方案的可行性。
1 概述
乘用車機艙蓋與車身連接的鉸鏈區域在道路試驗中受到整車和地面傳遞的各種作用力（如垂直力、側向力及制動力等），所以車輛行駛時鉸鏈安裝點區域所受載荷比較復雜，并且該區域布置載荷采集設備比較困難，無法得到實際載荷譜，因此，僅能從該區域的受力方向設計工況，并采用業界知名的CAE應用軟件HyperWorks對其進行強度分析，根據分析結果尋找開裂原因，并進行相應的優化設計，對改進方案進行計算分析，最終滿足設計要求。
HyperWorks作為高效的CAE 軟件集前后處理與求解器于一體，功能全面，操作便捷，因此本文選用HyperMesh建立機艙蓋的有限元模型，選用OptiStruct求解器完成對模型的強度分析，使用HyperView進行后處理得到應力分布云圖， 其分析結果為結構設計和改進提供參考依據。
2 原方案機艙蓋結構強度分析
2.1 模型的建立
該乘用車機艙蓋主要由內外板、鉸鏈及其加強板、鎖扣及其加強板、焊點及粘膠組成的，如圖1所示。
計算中所使用的材料參數如下：
合金鋼的材料參數：彈性模量：210GPa 材料密度：7.9e+3kg/m3 泊松比：0.3
粘膠材料參數：彈性模量：4GPa 材料密度：1.2e+3kg/m3 泊松比：0.3
長度單位為：mm
2.3 強度分析及方案改進
整車在道路試驗過程中受到的載荷來自于路面與發動機的振動，由行駛系統及其連接機構傳到車身各個部位，所以車輛行駛時機艙蓋鉸鏈安裝點受到的載荷比較復雜，只能設計鉸鏈安裝點分別在X向、Y向、Z向，XYZ向各受力100N，以便模擬車型在運動過程中，哪個方向的受力對鉸鏈開裂區域的影響最大；為了模擬其實際受力情況設計了相應的四種工況如表1所示。鉸鏈和車身連接處設定約束，鎖定全部6個自由度，鎖扣處鎖定Z向平動自由度；同時施加密封條載荷，緩沖塊位置施加102.5N的Z向載荷、氣動桿力載荷及1重力場、鉸鏈安裝點加載X、Y、Z向各100N，如圖3所示。
新方案機艙蓋強度分析方法與原方案相同（相同的工況條件），分析結果和相應的應力云圖如圖6和表3所示：
3 結論
通過對機艙蓋的有限元強度分析，找出其發生斷裂的原因并提出優化方案。在同種工況中，運用OptiStruct求解器對優化前后方案進行強度分析對比，可以得出，改進方案鉸鏈安裝區域安全系數明顯高于優化前，是一種比較有效的優化設計方案，這是HyperWorks軟件在本次結構設計分析中的成功應用。
CAE技術在結構選型和設計過程中的應用可以尋找或較早地預測結構動態特性設計的不足，為設計師結構優化設計提供依據并指明方向，從而可在設計之初對結構進行設計改進，減少后期設計難度，縮短產品研發周期，提高設計可靠性。
4 參考文獻
[1] 龍凱,陳廣華, 張健美. 某大型結構支撐塔架強度分析[J].機械工業出版社2010
[2] 張明陽龍章華 ATC 天線支架斷裂原因分析及設計改進[J]. 機械工業出版社2011
[3] 常亮袁正 李戈操 某型叉車輪輞開裂原因有限元分析[J] 機械工業出版社2011
[4] Altair Engineering Inc. HyperWorks User's Guide, 2010
1 概述
乘用車機艙蓋與車身連接的鉸鏈區域在道路試驗中受到整車和地面傳遞的各種作用力（如垂直力、側向力及制動力等），所以車輛行駛時鉸鏈安裝點區域所受載荷比較復雜，并且該區域布置載荷采集設備比較困難，無法得到實際載荷譜，因此，僅能從該區域的受力方向設計工況，并采用業界知名的CAE應用軟件HyperWorks對其進行強度分析，根據分析結果尋找開裂原因，并進行相應的優化設計，對改進方案進行計算分析，最終滿足設計要求。
HyperWorks作為高效的CAE 軟件集前后處理與求解器于一體，功能全面，操作便捷，因此本文選用HyperMesh建立機艙蓋的有限元模型，選用OptiStruct求解器完成對模型的強度分析，使用HyperView進行后處理得到應力分布云圖， 其分析結果為結構設計和改進提供參考依據。
2 原方案機艙蓋結構強度分析
2.1 模型的建立
該乘用車機艙蓋主要由內外板、鉸鏈及其加強板、鎖扣及其加強板、焊點及粘膠組成的，如圖1所示。
圖1 艙蓋幾何模型
圖2 艙蓋有限元計算模型
計算中所使用的材料參數如下：
合金鋼的材料參數：彈性模量：210GPa 材料密度：7.9e+3kg/m3 泊松比：0.3
粘膠材料參數：彈性模量：4GPa 材料密度：1.2e+3kg/m3 泊松比：0.3
長度單位為：mm
2.3 強度分析及方案改進
整車在道路試驗過程中受到的載荷來自于路面與發動機的振動，由行駛系統及其連接機構傳到車身各個部位，所以車輛行駛時機艙蓋鉸鏈安裝點受到的載荷比較復雜，只能設計鉸鏈安裝點分別在X向、Y向、Z向，XYZ向各受力100N，以便模擬車型在運動過程中，哪個方向的受力對鉸鏈開裂區域的影響最大；為了模擬其實際受力情況設計了相應的四種工況如表1所示。鉸鏈和車身連接處設定約束，鎖定全部6個自由度，鎖扣處鎖定Z向平動自由度；同時施加密封條載荷，緩沖塊位置施加102.5N的Z向載荷、氣動桿力載荷及1重力場、鉸鏈安裝點加載X、Y、Z向各100N，如圖3所示。
圖3 計算模型邊界條件設定
表1 模型強度計算4種工況設定表
圖4 原方案各工況下強度計算應力分布云圖
表2 各工況下鉸鏈區域最大應力值
圖5 原方案和新方案設計結構
新方案機艙蓋強度分析方法與原方案相同（相同的工況條件），分析結果和相應的應力云圖如圖6和表3所示：
表3 新方案和原方案在各工況下最大應力
圖6 新方案各工況下強度計算應力分布云圖
3 結論
通過對機艙蓋的有限元強度分析，找出其發生斷裂的原因并提出優化方案。在同種工況中，運用OptiStruct求解器對優化前后方案進行強度分析對比，可以得出，改進方案鉸鏈安裝區域安全系數明顯高于優化前，是一種比較有效的優化設計方案，這是HyperWorks軟件在本次結構設計分析中的成功應用。
CAE技術在結構選型和設計過程中的應用可以尋找或較早地預測結構動態特性設計的不足，為設計師結構優化設計提供依據并指明方向，從而可在設計之初對結構進行設計改進，減少后期設計難度，縮短產品研發周期，提高設計可靠性。
4 參考文獻
[1] 龍凱,陳廣華, 張健美. 某大型結構支撐塔架強度分析[J].機械工業出版社2010
[2] 張明陽龍章華 ATC 天線支架斷裂原因分析及設計改進[J]. 機械工業出版社2011
[3] 常亮袁正 李戈操 某型叉車輪輞開裂原因有限元分析[J] 機械工業出版社2011
[4] Altair Engineering Inc. HyperWorks User's Guide, 2010
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