基于ANSYS軟件的天窗玻璃托板的有限元分析

許明春 胡雋雋 韓鵬

摘 要：天窗玻璃托板是天窗總成中主要的承載部件，其強(qiáng)度直接決定著天窗的運(yùn)行安全，分析天窗玻璃托板的強(qiáng)度等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對天窗總成具有十分重要的意義。結(jié)合ANSYS軟件對天窗玻璃托板進(jìn)行有限元分析，其結(jié)果對天窗框架總成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：天窗玻璃托板;ANSYS軟件 ;有限元分析

中圖分類號：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）14-118-03

Abstract： As the main carrying part for automobile sunroof， the intensity of the glass palletof the sunroof directly affects the operational safety of the whole module. Key structural parameters such as strength play an important role in respect to sunroof design. This article elaborates on finite element analysis of the sunroof glass pallet taking advantage of ANSYS software and the conclusions contribute significantly to the structural optimization design of sunroof general frame.

Keywords： Sunroof glass pallet; ANSYS software; Finite element analysis （FEA）

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-118-03

前言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，天窗總成成為越來越多車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。而在天窗總成中，天窗玻璃托板是其關(guān)鍵承載部件，他的強(qiáng)度直接決定著天窗總成的運(yùn)行安全。為了保證天窗總成的運(yùn)行安全，指導(dǎo)天窗玻璃托架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有限元分析是是分析天窗玻璃托板強(qiáng)度等參數(shù)的有效方法，可以為天窗玻璃托板的設(shè)計(jì)合理性提供依據(jù)。下面我們就某款車型的天窗玻璃托板進(jìn)行有限元分析。

1 分析需求與分析模型

1.1 分析需求

本分析旨在利用ANSYS力學(xué)分析軟件對沖床進(jìn)行力學(xué)分析。主要考察托板的強(qiáng)度是否滿足使用需求。本分析主要采用到ANSYS計(jì)算軟件的靜力學(xué)模塊（Static Structural）、諧響應(yīng)分析（Harmonic Response）、響應(yīng)譜分析（Response Spectrum）。

1.2 分析模型

2 分析軟件與有限元分析類型需求分析

2.1 分析軟件

本次分析使用的軟件版本為ANSYS17.0。

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN， Alogor，I-DEAS， AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CAE工具之一。

3 材料數(shù)據(jù)

從天窗二級部件手冊中查出，天窗玻璃托板的材料清單及性能參數(shù)見下表1：

4 有限元網(wǎng)格模型

4.1 單元數(shù)、節(jié)點(diǎn)數(shù)

4.2 網(wǎng)格圖

5 有限元分析計(jì)算

5.1 托板分析

5.1.1 模型約束

由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得出，需對托架4個(gè)M5孔進(jìn)行固定：

5.1.2 模型負(fù)載

共振點(diǎn)的檢測：

頻率范圍：10～60Hz（180s）;

試驗(yàn)機(jī)加速度：9.8m/s2 ;

共振點(diǎn)的檢測分別在上下方向，左右方向和前后方向上進(jìn)行。

振動試驗(yàn)：

共振點(diǎn)2點(diǎn)以上的情況，選擇主要的共振點(diǎn)

共振點(diǎn)沒有的情況，按照以下基準(zhǔn)條件實(shí)施

振動頻率：33.3Hz

玻璃板中央部加速度：43.1m/s2

有共振點(diǎn)的情況，按照基準(zhǔn)條件和共振點(diǎn)條件試驗(yàn)實(shí)施。

5.1.3 共振點(diǎn)檢測分析結(jié)果

上下方向共振點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果：由圖4可見，共振點(diǎn)數(shù)量為1點(diǎn)，共振頻率為46.6Hz。

左右方向共振點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果：由圖5可見，左右方向共振點(diǎn)數(shù)量為0點(diǎn)。

前后方向共振點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果：由圖6可見，前后方向共振點(diǎn)數(shù)量為0點(diǎn)。

5.1.4 振動試驗(yàn)分析結(jié)果

上下方向基準(zhǔn)條件試驗(yàn)結(jié)果：由應(yīng)力云圖7得出，托板最大應(yīng)力為42.1MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa。

上下方向共振點(diǎn)條件試驗(yàn)結(jié)果：由應(yīng)力云圖8得出，托板最大應(yīng)力為247.93MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa。

左右方向基準(zhǔn)條件試驗(yàn)結(jié)果：由應(yīng)力云圖9得出，托板最大應(yīng)力為36.47MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa。

前后方向基準(zhǔn)條件試驗(yàn)結(jié)果：由應(yīng)力云圖10得出，托板最大應(yīng)力為40.113MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa。

6 結(jié)論

共振點(diǎn)檢測分析中，上下方向共振點(diǎn)數(shù)量為1，共振頻率為46.6Hz;前后方向、左右方向均沒有共振點(diǎn)。

振動分析中，上下方向基準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果中，托板最大應(yīng)力為42.1MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa;上下方向共振點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果中，托板最大應(yīng)力為247.93MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa;左右方向基準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果中，托板最大應(yīng)力為36.47MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa;前后方向基準(zhǔn)試驗(yàn)結(jié)果中，托板最大應(yīng)力為40.113MPa，小于材料極限強(qiáng)度270MPa;符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王錦紅，鐘燕鋒.混凝土攪拌車葉片沖壓成形工藝的有限元數(shù)值模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2004（8）：22-24.

[2] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 日本自動車技術(shù)會.汽車工程手冊3：造型與車身設(shè)計(jì)篇[M].中國汽車工程學(xué)會，譯.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：77.

[4] GB/T 30037—2013汽車電動天窗總成.