一种汽车前舱罩盖总成气动压力连接强度的验证方法与流程

本发明涉及汽车结构压力验证技术领域，具体地指一种汽车前舱罩盖总成气动压力连接强度的验证方法。

背景技术：

目前市场上的汽车前舱罩盖总成绝大部分是由各种薄壁钣金件组成的总成部件,包括前舱罩盖总成外板、前舱罩盖总成内板、铰链加强板、锁扣加强板、前舱罩盖总成锁扣等。前舱罩盖总成外板作为车身外观覆盖件，要求不能有外部可视的焊点痕迹，因此前舱罩盖总成的内外板之间一般通过结构胶和减震胶连接在一起。而前舱罩盖总成内板则焊接有铰链、锁扣等支撑加强件并最终与汽车前舱骨架通过螺栓和前舱安全钩等零件安装固定。

当汽车在行驶过程中尤其是高速行驶时，由于空气动力的作用，会在前舱罩盖总成内表面产生垂直于其表面的拉力,与此同时前舱罩盖总成内板又受到铰链和锁扣的约束，由此该件在汽车行驶过程中会受到两个方向相反的作用力。由于前舱罩盖总成内、外板之间是胶合在一起，其连接强度必须能够抵御上述作用力的影响，保证总成能够正常工作。若其内部结构不牢靠，可能会出现行驶抖动或行驶噪声等用户抱怨的情况，极端情况下前舱罩盖总成可能在强烈气动作用下发生焊点与粘胶连接失效，在行驶过程中被掀开，成为严重的安全隐患。目前该类问题尚无相应的行业或国家标准，因此技术人员需要制定一种验证方法来识别前舱罩盖总成在空气动力作用下的结构连接强度，以尽早识别风险，确保车辆安全。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种汽车前舱罩盖总成气动压力连接强度的验证方法。

本发明的技术方案为：一种汽车前舱罩盖总成气动压力连接强度的验证方法，其特征在于：计算前舱罩盖总成在汽车行驶过程中受到的最大空气流作用力f流体；将f流体转化为试验设备上可对前舱罩盖总成施加的等效作用力f等效；提取等效作用力f等效的作用信息；在试验台上布置符合前舱罩盖总成的使用环境，然后对前舱罩盖总成施加与等效作用力f等效作用信息相同的作用力f1；观察前舱罩盖总成在受力作用下的状态，根据试验结果判断结构设计是否可靠。

进一步的所述计算前舱罩盖总成在汽车行驶过程中受到的最大空气流作用力f流体的方法为：在fluent软件中模拟最高车速下，前舱罩盖总成在不同角度的风向作用下承受的压力值，导出前舱罩盖总成的最大压力值作为前舱罩盖总成在汽车行驶过程中受到的流体作用力f流体。

进一步的所述将最大空气流作用力f流体转化为试验设备上可对前舱罩盖总成施加的等效作用力f等效的方法为：通过hyperview软件将前舱罩盖总成承受的最大空气流作用力f流体映射到前舱罩盖总成的结构网格上，导出映射后的压力值，将作用到前舱罩盖总成结构网格上的面压力转化为作用到前舱罩盖总成上的风压中心上的点集中力，即等效作用力f等效。

进一步的所述等效作用力f等效的作用信息包括f等效的作用位置和方向。

进一步的所述在试验台上布置符合前舱罩盖总成的使用环境的方法为：对试验台进行升温至不小于100℃，模拟前舱罩盖总成在实际使用时发动机舱发热情况。

进一步的所述对前舱罩盖总成施加与等效作用力f等效作用信息相同的作用力f1的方法为：按照等效作用力f等效对前舱罩盖总成施力位置和施力方向，通过对前舱罩盖总成加载相同位置和相同方向的作用力f1模拟前舱罩盖总成在行驶过程中受到的气动压力，由小至大逐渐加载直至f1增加到设计要求数值。

进一步的所述观察前舱罩盖总成在受力作用下的状态的方法为：观察前舱罩盖总成在受力作用下产生的形变，当观察到前舱罩盖总成内外板之间的脱离时，在前舱罩盖总成的脱离位置做出标记，并记录在前舱罩盖总成内外板脱离时前舱罩盖总成承受的压力值f拉脱。

进一步的所述根据试验结果判断结构设计是否可靠的方法为：将前舱罩盖总成内外板脱离时前舱罩盖总成承受的压力值f拉脱与等效作用力f等效进行比对，若f拉脱＞f等效，证明该前舱罩盖总成设计强度合理，若f拉脱≤f等效，证明该前舱罩盖总成设计强度不合理，需重新返回结构设计进行检查确认。

本发明的试验方法通过在静态条件下施加集中约束的方式模拟汽车前舱罩盖总成在行驶中受到的气动作用力，通过这种方式来判断前舱罩盖总成在气动压力下的连接强度是否合理，对前舱罩盖总成设计结构进行验证，补充了现有技术没有对前舱罩盖总成进行设计验证的空白，提高了前舱罩盖总成使用的安全性，具有极大的推广价值。

本发明的试验台对前舱罩盖总成进行固定，可模拟作用在汽车前舱罩盖总成外板上的气动力用，以及作用在汽车前舱罩盖总成锁钩上的作用反力，同时试验配备了加热装置以模拟某些汽车前舱的热环境(典型如：前置内燃机的车辆)，试验结果更能反映前舱罩盖总成的真实使用情况，验证结果更加准确。

本发明通过这种约束关系实现对汽车前舱罩盖总成连接强度的验证，本方法以仿真模拟分析及物理验证为基础，以仿真及物理试验对标为手段，实现仿真及物理试验边界统一，并在对标过程中识别出物理试验台架的可靠性，包括加载的速度、加载过程是否均匀、是否稳定，或者加载所涉及到的工装及夹具是否能够满足要求，是否需要进行台架的改造和设备的投资，最终得到稳定、高精度的物理试验方法及台架。

附图说明

图1：本实施例的前舱罩盖总成内板一侧结构示意图；

图2：本实施例的前舱罩盖总成侧面结构示意图；

图3：本实施例的前舱罩盖总成试验装置结构示意图；

其中：1—前舱罩盖总成；2—铰链；3—锁钩；4—辅助支架；5—伺服推拉力机；6—加热器固定支架；7—加热器；8—温度集控器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

现对某车型的前舱罩盖总成1的气动压力连接强度进行验证，本实施例的前舱罩盖总成结构如图1～2所示，前舱罩盖总成1由内板和外板组合而成，通过铰链2与汽车车身连接。将前舱罩盖总成1竖立起来，前舱罩盖总成1距离驾驶舱的一端支撑于地面，本实施例的前舱罩盖总成1的宽度为1509.6mm，前舱罩盖总成1的高度为1273.5mm，外板与内板是通过涂胶方式粘贴固定为一体，其中涂胶区域距地面高度为517.9mm，涂胶区域的宽度为1085.6mm，涂胶区高度为468.2mm。

本实施例对前舱罩盖总成1进行验证计算，其验证方法按照以下步骤进行：

第一步：前舱罩盖总成1实际使用时承受的气动压力强度与汽车行驶速度成正比，本实施例要验证前舱罩盖总成1的连接强度，需要测算前舱罩盖总成1所能承受的最大气动压力，因此本实施例需要模拟汽车在最高行驶速度下前舱罩盖总成1所承受的气动压力。在fluent软件中模拟最高车速(本实施例模拟的是轿车以160km/h车速行驶并与车速为90km/h的卡车会车时前舱罩盖总成1受到的最大空气流作用力)下，前舱罩盖总成1承受不同方向的气流所带来的气动压力，通过不同角度的模拟发现，前舱罩盖总成1在面向沿x方向相对汽车流动的气流时承受的气动压力比较大，且在气流方向沿x向与前舱罩盖总成1的xz平面(x方向指轿车的前后方向，即图2中的上下方向，y方向为轿车的左右方向，即图2垂直纸面的前后方向，z方向为轿车的上下方向，即图2中的左右方向)呈10°夹角时，前舱罩盖总成1承受的气动压力最大，导出这个方向的前舱罩盖总成1所承受的压力值，将该压力值作为前舱罩盖总成1所能承受的最大理论气动压力，即为f流体。

第二步：由于流体的网格与结构的网格类型不一样，从流体软件导出的机罩压力值需要进行转化，本实施例首先通过下列公式将流体网格上的压力计算出来：

pstatic＝cp*(ρν^2/2)

其中：pstatic——流体网格压力；

cp——压力系数；

ρ——空气密度；

ν——流体速度

通过hyperview软件，将前舱罩盖总成1流体网格下的压力映射到结构网格上，并导出映射后的压力值，由于面压力在实验中无法加载，需要转化为集中力去等效面力，借助hypermesh软件，拟合出等效作用力f等效的大小、位置及施力方向，按照上述计算方法计算本实施例的轿车前舱罩盖总成1的f等效的大小为816n，f等效的施力位置为(x＝-325，y＝0，z＝673)，该f等效的加载点与铰链轴距离789.9mm，本实施例的铰链2活动页板安装面(即图2中垂直纸面的c线条代表的平面)与固定页板铅锤面(即图2中垂直纸面的a线条代表的平面)夹角9.8°，f等效力方向(即图2中b线条代表的方向)与铰链固定页板所在的铅锤面垂直。

第三步：提取等效作用力f等效的信息，主要是等效作用力f等效在前舱罩盖总成1上的作用位置(即作用力在前舱罩盖总成1上的坐标位置：x＝-325，y＝0，z＝673，施力点距离铰链2转轴轴线代表的平直面即图2中b线条垂直纸面的平面的距离d为789.9mm)和作用方向(施力方向：与铰链固定页板所在的铅锤面垂直，即沿图2中b线条代表的方向，如图2中所示的f等效)，然后将这些信息标识在前舱罩盖总成1上，后续试验按照这些作用信息对前舱罩盖总成1进行施力。

第四步：试验前期准备，如图3所示，为本实施例的前舱罩盖总成1试验装置，该试验装置包括一个辅助支架4，用于固定前舱罩盖总成1，前舱罩盖总成1下端的铰链2固定在辅助支架的底部，内板一侧的锁钩3通过一个刚性锁钩拉杆进行固定，模拟前舱罩盖总成1与发动机舱的连接。外板一侧通过一根刚性的外板拉杆与伺服推拉力机5连接，通过伺服推拉力机5对前舱罩盖总成1的外板施加作用力。

为了完整模拟前舱罩盖总成1的使用环境，本实施例在前舱罩盖总成1的内板一侧的辅助支架4上增加了加热器固定支架6，加热器固定支架6上安装有加热器7，通过加热器7加热模拟前舱罩盖总成1在实际使用时发动机的发热情况，本实施例的加热器7对前舱罩盖总成1的内板升温至100℃。

另外，为了实时监测前舱罩盖总成1的温度情况，本实施例需要在前舱罩盖总成1的内板上安装温度传感器，温度传感器主要安装在内板一侧的涂胶区域，特别是内板上的涂胶薄弱位置。温度传感器通过线束与辅助支架上的温度集控器8数据连通，通过温度集控器8实时监控前舱罩盖总成1的温度变化。

主体的试验准备包括：1、确认前舱罩盖总成1试验样件的代表性，包括尺寸、涂胶、焊点、紧固力矩等达标；

2、在前舱罩盖总成1涂胶区域的薄弱位置布置至少四个温度传感器，布置位置在前舱罩盖总成1的内板表面，并尽量靠近外板拉杆的作用力位置；

3、按照计算的等效作用力f等效的作用信息进行约束布置，按照计算出来的f等效在前舱罩盖总成1的作用位置布置连接点，即将外板拉杆与外板固定连接，连接位置即f等效的计算点位置，然后调节外板拉杆的施力方向，确保外板拉杆的作用力方向与f等效的传力方向相同，在锁钩拉杆上布置对应的牵拉作用力，模拟前舱罩盖总成1的锁钩3与发动机舱连接模式，其余约束与原车辆环境相当；

4、在试验台架上布置加热器并对前舱罩盖总成1测试件加热直至稳定达到需要的温度(本实施例的加热温度为100℃)。

第五步：给伺服推拉力机输入信号开始加载作用力f1，施加的作用力f1以规律的方式加载，一般为由小至大逐渐加载，加载的速度为0.5mm/s。加载过程中，观察前舱罩盖总成1的状况，当观察到前舱罩盖总成1内外板之间的脱离或是观察到前舱罩盖总成1明显出现屈服时，停止加载，在前舱罩盖总成1的脱离位置或是发生明显变形的位置做出标记，标记位置即为前舱罩盖总成1上内板与外板容易脱离位置或是结构强度薄弱的位置，这些位置是需要进行改进的地方。并记录在前舱罩盖总成1内外板脱离时或是前舱罩盖总成1发生明显形变时前舱罩盖总成1承受的压力值f拉脱。通过实验观察发现，本实施例的前舱罩盖总成1试验件在f1超过1200n时，前舱罩盖总成1发生屈服，作用力无法继续加载，即本实施例的前舱罩盖总成1样件的f拉脱为1200n。

第六步：待试验完毕，汇总试验中观察到的现象并输出f1力值与位移或时间关系曲线。分析拉脱时或屈服时的力值f拉脱是否满足要求前舱罩盖总成1。对比本实施例的f等效为816n，而按照本实施例测算出来的f拉脱为1200n，明显f拉脱大于f等效，证明本实施例的前舱罩盖总成1的实际使用强度是大于理论强度的，本实施例的前舱罩盖总成1结构强度满足实际需求。

如果出现f拉脱小于或是等于f等效，则证明前舱罩盖总成1结构强度不满足实际使用需求，需要重新返回结构设计进行检查确认。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。