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摘要： 车身外板是汽车车身上重要的外覆盖件，但结构特征少、局部刚度弱.客户在选购车辆时，可能会对车身外覆盖件表面进行按压，如果刚度不足，容易导致大面积变形，影响客户对车辆的印象.为在设计初期保证车身外板的抗凹性能，降低后期问题的出现，以某车型车身外板为例，阐述应用Abaqus进行表面抗凹陷特性分析和优化过程，结果能够满足客户的使用要求.
关键词： 侧围外板； 刚度； Abaqus
中图分类号： U463.832；TB115.1文献标志码： B
引言
随着经济的不断发展，汽车逐渐作为普通消费品进入千家万户.用户对汽车的性能要求也从追求经济性、安全性、可靠性和舒适性的基础上，扩展至整车的外观品质.作为车辆外观重要表现的外覆盖件（包括四门两盖外板和侧围外板等），由于存在大面积的面特征，极易出现局部刚度较弱问题.
在车辆高速行驶过程中会产生噪声和振动，影响车辆的NVH性能；同时，在行进过程中的振动、碎石冲击等，也可能会使覆盖件形状发生凹陷挠曲甚至局部永久变形，影响整车的外观品质；此外，消费者在选购车辆时，对车门外板等外覆盖件进行按压以观察其变形情况，也是一种通用、直观的测试方法，若变形较大，会直接影响顾客对车辆的初始印象.因此，在车辆的外覆盖件设计时，必须考虑其抗凹陷性能.在产品开发设计阶段就采用CAE仿真分析，提前分析外覆盖件凹陷性能，可以快速支持结构设计，避免后期结构修改，降低开发成本.
车身外覆盖件示意见图1.注：①—车门外板；②—机舱盖外板；③—翼子板；④—车身侧围外板
图 1车身外覆盖件示意
本文以车身侧围外板为例，利用Abaqus强大的非线性分析功能，开展侧围外板抗凹陷性能分析，为车身外板的设计提供参考.
1分析模型描述
侧围外板抗凹性有限元分析模型主要包括车身侧围后段及相关部件.模型中钣金件采用壳单元网格划分，各部件之间点焊采用FASTENER模拟，螺栓连接采用MPC单元模拟，模型手掌的加载圆盘采用刚体单元模拟.有限元分析模型见图2.
图 2有限元分析模型2边界条件
本文基于Abaqus强大的非线性模块进行分析计算，在车身外板抗凹性分析中，考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性等.[12]在分析过程中，首先在车身外板施加均布载荷，以确定车身外板薄弱点位置，然后采用刚性圆盘模拟手掌按压.约束车身断面处的全部自由度.以侧围外板薄弱点为分析对象，考察加载点的变形量和去除外力后的残余变形量，用以评价侧围外板的抗凹陷性能，保证整车品质.
分析过程共分为3步：（1）在侧围外板表面施加均布载荷，确定刚度最薄弱区域.（2）在选定的最薄弱区域，利用刚性圆盘施加额定载荷，考察侧围外板薄弱点在额定载荷方向上的最大变形量.（3）撤销外载，考察侧围外板薄弱点残余变形量.[3]边界条件和侧围外板材料曲线见图3.
图 3边界条件和材料曲线
3分析结果
3.1车身外板凹陷分析位移云图
基于上述分析过程，车身外板凹陷刚度分析位移云图见图4.
（a）第1步（b）第2步（c）第3步
图 4车身外板凹陷刚度分析位移云图3.2车身外板凹陷刚度结果
为便于对结果进行评价，将位移云图信息以表格形式列出，见表1.可知，该车型车身外板抗凹陷性水平偏低，需进一步优化.
4优化方案
方案1车身外板粘贴补强胶板.在该车型外板薄弱位置粘贴补强胶板，提升车身外板抗凹性水平.补强胶板粘贴位置见图5.
图 5补强胶板粘贴位置
方案2车身外板薄弱位置增加支撑支架.在该车型外板薄弱位置增加外板支撑支架，与外板打胶连接，与内部钣金结构点焊连接.外板支撑支架位置见图6.
图 6外板支撑支架位置
优化后车身外板凹陷刚度结果见表2，可知，相对于原方案，方案1和2的车身外板凹陷刚度都有一定程度的提高，方案2在薄弱位置增加外板支撑支架，更有利于提升车身外板抗凹性水平.
5结束语
利用Abaqus强大的非线性功能，可以在产品设计阶段有效开展外覆盖件抗凹陷性能分析，提前验证结构设计，避免后期因结构设计缺陷导致设计变更，可以降低开发成本、缩短开发周期.参考文献：
[1]石亦平. Abaqus有限元分析实例详解[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006： 130145.
[2]庄茁. Abaqus 非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科技出版社， 2005： 106124.
[3]务运兴. 基于Abaqus的前车门屈曲抗凹性分析[C]//Abaqus 2010中国区用户论文集， 2010.
（编辑陈锋杰）
关键词： 侧围外板； 刚度； Abaqus
中图分类号： U463.832；TB115.1文献标志码： B
引言
随着经济的不断发展，汽车逐渐作为普通消费品进入千家万户.用户对汽车的性能要求也从追求经济性、安全性、可靠性和舒适性的基础上，扩展至整车的外观品质.作为车辆外观重要表现的外覆盖件（包括四门两盖外板和侧围外板等），由于存在大面积的面特征，极易出现局部刚度较弱问题.
在车辆高速行驶过程中会产生噪声和振动，影响车辆的NVH性能；同时，在行进过程中的振动、碎石冲击等，也可能会使覆盖件形状发生凹陷挠曲甚至局部永久变形，影响整车的外观品质；此外，消费者在选购车辆时，对车门外板等外覆盖件进行按压以观察其变形情况，也是一种通用、直观的测试方法，若变形较大，会直接影响顾客对车辆的初始印象.因此，在车辆的外覆盖件设计时，必须考虑其抗凹陷性能.在产品开发设计阶段就采用CAE仿真分析，提前分析外覆盖件凹陷性能，可以快速支持结构设计，避免后期结构修改，降低开发成本.
车身外覆盖件示意见图1.注：①—车门外板；②—机舱盖外板；③—翼子板；④—车身侧围外板
图 1车身外覆盖件示意
本文以车身侧围外板为例，利用Abaqus强大的非线性分析功能，开展侧围外板抗凹陷性能分析，为车身外板的设计提供参考.
1分析模型描述
侧围外板抗凹性有限元分析模型主要包括车身侧围后段及相关部件.模型中钣金件采用壳单元网格划分，各部件之间点焊采用FASTENER模拟，螺栓连接采用MPC单元模拟，模型手掌的加载圆盘采用刚体单元模拟.有限元分析模型见图2.
图 2有限元分析模型2边界条件
本文基于Abaqus强大的非线性模块进行分析计算，在车身外板抗凹性分析中，考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性等.[12]在分析过程中，首先在车身外板施加均布载荷，以确定车身外板薄弱点位置，然后采用刚性圆盘模拟手掌按压.约束车身断面处的全部自由度.以侧围外板薄弱点为分析对象，考察加载点的变形量和去除外力后的残余变形量，用以评价侧围外板的抗凹陷性能，保证整车品质.
分析过程共分为3步：（1）在侧围外板表面施加均布载荷，确定刚度最薄弱区域.（2）在选定的最薄弱区域，利用刚性圆盘施加额定载荷，考察侧围外板薄弱点在额定载荷方向上的最大变形量.（3）撤销外载，考察侧围外板薄弱点残余变形量.[3]边界条件和侧围外板材料曲线见图3.
图 3边界条件和材料曲线
3分析结果
3.1车身外板凹陷分析位移云图
基于上述分析过程，车身外板凹陷刚度分析位移云图见图4.
（a）第1步（b）第2步（c）第3步
图 4车身外板凹陷刚度分析位移云图3.2车身外板凹陷刚度结果
为便于对结果进行评价，将位移云图信息以表格形式列出，见表1.可知，该车型车身外板抗凹陷性水平偏低，需进一步优化.
4优化方案
方案1车身外板粘贴补强胶板.在该车型外板薄弱位置粘贴补强胶板，提升车身外板抗凹性水平.补强胶板粘贴位置见图5.
图 5补强胶板粘贴位置
方案2车身外板薄弱位置增加支撑支架.在该车型外板薄弱位置增加外板支撑支架，与外板打胶连接，与内部钣金结构点焊连接.外板支撑支架位置见图6.
图 6外板支撑支架位置
优化后车身外板凹陷刚度结果见表2，可知，相对于原方案，方案1和2的车身外板凹陷刚度都有一定程度的提高，方案2在薄弱位置增加外板支撑支架，更有利于提升车身外板抗凹性水平.
5结束语
利用Abaqus强大的非线性功能，可以在产品设计阶段有效开展外覆盖件抗凹陷性能分析，提前验证结构设计，避免后期因结构设计缺陷导致设计变更，可以降低开发成本、缩短开发周期.参考文献：
[1]石亦平. Abaqus有限元分析实例详解[M]. 北京： 机械工业出版社， 2006： 130145.
[2]庄茁. Abaqus 非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科技出版社， 2005： 106124.
[3]务运兴. 基于Abaqus的前车门屈曲抗凹性分析[C]//Abaqus 2010中国区用户论文集， 2010.
（编辑陈锋杰）