第1页共10页基于瞬态响应分析的汽车前舱盖开关疲劳寿命预测摘要：采用有限元法对汽车前舱盖进行开关疲劳寿命预测分析.基于Abaqus/Expicit，采用直接积分法对前舱盖进行瞬态响应分析，得到前舱盖在关闭过程中的应力时间历程；运用雨流计数法得到离散的应力循环，采用平均应力修正法得到当量应力谱；根据Miner线性疲劳累积损伤理论预测前舱盖疲劳寿命和风险位置.优化改进后的前舱盖结构通过试验验证.关键词：汽车；前舱盖；有限元法；直接积分法；瞬态响应；疲劳寿命：U463.84；TB115.1文献标志码：BAbstract：Theopeningandclosingfatiguelifeofanautomobilehoodispredictedandanalyzedbyfiniteelementmethod.BasedonAbaqus/Explicit，thetransientresponse第2页共10页isanalyzedforthehoodusingdirectintegrationmethod，andthetimehistoryofhoodstressduringclosingisobtained；thediscretestresscyclesareobtainedbyrainflowcountingmethod，andtheequivalentstressspectrumisachievedbymeanstressmodificationalgorithm；accordingtotheMinerlinearfatiguedamagecumulativetheory，thefatiguelifeandtheriskregionofthehoodarepredicted.Theoptimizedhoodstructureisverifiedbytest.Keywords：automobile；hood；finiteelementmethod；directintegrationmethod；transientresponse；fatiguelife0引言车辆、航空和机械等大型金属结构设计理念从传统的以强度为主导转化为当下的以产品生命周期为最终目标，即在满足产品预定第3页共10页使用寿命的前提下，尽量减轻产品质量、降低产品能耗和成本.疲劳耐久试验与其他试验相比具有耗时长、耗能多、耗资高的特点，因此提高疲劳计算的精度、减少疲劳耐久试验本身就意味着在保证产品质量的前题下减少碳排放、减少成本并缩短新产品的开发周期.[1]前舱盖系统是汽车的重要系统之一.由于设计不当、使用条件恶劣等原因，多次开启和关闭前舱盖会导致前舱盖本体钣金、焊点及铰链的疲劳失效.前舱盖开关耐久试验就是要满足在规定的开启关闭次数内，前舱盖由开启状态以一定的速度关闭且锁机构完全锁止而不发生失效.在汽车产品上市之前必须要通过耐久性试验的验证.目前，大多数前舱盖的受力分析主要是基于静强度分析，通过几种典型工况下某些特定区域的最大应力值判断前舱盖是否会发生失效.此方法不能完全预测台架中前舱盖系统耐久性能试验潜在的疲劳失效风险，具有一定局限性.本文依据前舱盖系统耐久性能试验的相关规范，确定有限元模第4页共10页型的输入载荷和边界条件，并对其进行瞬态响应分析，将得到的前舱盖应力时间历程作为输入，进行疲劳寿命分析.瞬态分析能够更加准确地模拟前舱盖和锁机构的运动，并可以模拟锁柱在锁机构内的振荡过程，更加接近试验状态.1前舱盖瞬态响应分析1.1有限元模型处理1.1.1截取模型截取包含前舱盖缓冲块安装点在内的前舱部分模型，见图1.截取模型应保留对水箱和缓冲块安装位置有加强作用的部件，如水箱横梁、大灯横梁等.1.1.2缓冲块1）缓冲块接触端使用刚体单元模拟，并将刚体参考点设置在刚体单元与缓冲块轴线交点处.2）缓冲块使用TRANSLATOR单元模拟，并对不同缓冲块赋予不同刚度值.各缓冲块刚度采用试验测试的刚度曲线确定，见图2.第5页共10页3）使用局部坐标系控制TRANSLATOR单元的压缩方向，定义缓冲块轴线方向为局部坐标系x轴，且缓冲块安装点位置为局部坐标原点，使用ROD单元中的CONN3D2连接缓冲块轴线下端点与刚体参考点，建立TRANSLATOR单元.模拟缓冲块模型见图3.1.1.3锁机构前舱盖典型锁体结构见图4a.为模拟锁勾下落时锁机构锁死和反弹波动受到的载荷，卡板、盖板、止动爪和锁壳都用实体单元模拟.根据弹簧几何尺寸确定弹簧首尾的弹性中心，并采用SPRING单元模拟.旋转销轴处采用HINGE单元模拟.建立接触关系，最终得到前舱盖典型锁体结构简化模拟模型，见图4b.1.1.4载荷及边界条件前舱盖开启角度和初始角速度根据前舱盖系统耐久性能试验的相关规范确定.以铰链中心点连线为轴旋转前舱盖得到开启角度，有限元模型中的初始角速度施加在铰链的2个旋转中心上.考虑材料非线性和几何非线性，并在前舱盖和铰链上施...