作者 | 王工 仿真秀科普作者
导读：本文利用ABAQUS软件中隐式动力学的准静态剖析，得到某款车型前门限位器的力矩曲线，并对该曲线进行评估。仿真结果表明：准静态剖析能够处理静力剖析中构造涌现的短暂动态问题，并且该限位器力矩曲线知足设计哀求。
一、写在前面
车门限位器是限定车门的开启角度并且当汽车驻车在一定坡度上的时候，车门达到设计开门角度时不自闭，不自开的装置[1]。车门限位器的力学性能是评价车门设计和车门利用性能的主要指标之一，对车门开闭的轻便性和灵巧性影响很大，同时汽车车门开闭过程是否轻便与灵巧也是用户在车辆利用中关注程度较高的项目，因此应担保该部件有良好的力学与利用性能。
本文以某款车型的前门限位器作为剖析工具，利用ABAQUS软件隐式动力学算法中的准静态剖析，战胜了因限位器滑块进入第一个限位凹槽时涌现的不收敛问题，同时得到该限位器的力矩曲线，并对此曲线进行力学评估，为设计职员供应了参考依据。
二、隐式动力性算法
1、隐式动力学
ABAQUS中的隐式动力学采取隐式韶光积分来打算瞬态动力学或系统的准静态相应。须要数值阻尼来得到收敛并且在求解中须要自动韶光增量算法。由于该算法是无条件稳定的，以是可以采取较大的韶光步长，但是须要对整体刚度矩阵求逆，同时在每个韶光增量步中通过对非线性方程组的反复迭代来担保结果的精度。
2、准静态剖析
ABAQUS隐式动力学算法中包含三种剖析类型，个中的准静态剖析可以理解为利用慢速的动态剖析来仿照静态问题。如果在剖析中，系统的惯性效应对结果的影响很小时，可以利用此方法进行剖析。该运用所利用的积分方法与其他两种运用不同，采取的是向后欧拉韶光积分法[2]，即：
式中，u为系统的位移，t为当前韶光，Δt为韶光增量，v为系统速率，α为系统加速度，R为残余力，M为系统的质量，I为系统的内力，P为外载荷。
该方法哀求加载韶光应足够长，并且在打算结果中应稽核系统的动能占内能的比例，一样平常为5%-10%[3]。
三、剖析模型的建立
1、有限元模型的建立
由于本文不考虑车门重力载荷，而只稽核车门在开启过程中限位器本身的操作力，以是采取壳单元建立的车门有限元模型利用Rigid Body进行简化处理，以减少打算韶光。
车门与限位器的铰链均采取Connector单元中的Hinge类型来仿照。限位器总成采取体单元进行网格划分。限位器压块高下端与座板和滑块之间的连接以及滑块侧面与座板的连接均采取Tie打仗。
利用General Contact打仗办法中的Surface To Surface类型实现限位器滑块与拉板，滑块与金属壳以及金属壳与限位块之间的相互浸染。打仗部位网格应细化，且打仗主面（拉板）与从面（滑块）网格尺寸只管即便匹配，有利于打算的收敛。
同时，约束车门每个铰链处Hinge单元上一个节点的全部自由度，并对车门的一个铰链施加转角为车门最大开启角度的位移载荷，使其在强制位移下使车门开启到最大角度。限位器各零件的材料应授予相应的应力应变曲线。该剖析的有限元模型如图1所示。
图1限位器总成有限元模型
2、剖析步与变量输出的设置
在车门开启的过程中，滑块在刚进入拉板的第一个限位凹槽时，会因压块恢复原形产生推力而涌现短暂的动态效应，此时，利用静力学剖析无法处理该动态效应，并因不收敛而导致打算终止。
而隐式动力学的准静态运用会通过稳定惯性效应来调度这种不稳定的静态行为，并对结果险些没有影响，因而本文利用此方法进行打算。根据实验哀求的测试速率及车门开启角度来设置此剖析持续的韶光，同时，设定初始增量步以及最大与最小韶光增量。在进程变量输出中输出限位器的动能与内能，以及输出施加了位移载荷的Hinge单元的协力矩CTM1，即绕铰链轴方向上的协力距。
四、剖析结果评价
1、准静态判据
为担保剖析结果符合准静态哀求，即打算出的解是否知足静态解，须要验证限位器的动能占内能的比例，只有在动能所占内能的比例很小时，该结果才符合准静态哀求。从图2的动能与内能曲线可知，该限位器在车门开启过程中所产生的动能占其内能很小，知足动能占内能5%-10%的哀求，因此该打算结果符合准静态哀求。
图2 动能与内能曲线
2、剖析结果
读取施加位移载荷的铰链局部X轴方向的协力矩曲线，如图3所示。从该曲线可以看出，因限位器拉板表面变革的形状，在滑块沿拉板逐步抬高以及落入与滑出凹槽时，铰链所受力矩均涌现不同程度的峰值，这是由于压块在受压与还原时对铰链产生一定的阻力与推力所致。该力会影响车门在开启过程中的施力感想熏染，因此，力矩大小以及峰值力矩在设计与利用中应知足一定的哀求。
图3 限位器力矩曲线
从静力学角度剖析，为达到平衡状态，施加到车门上的力对车门铰链的矩应即是限位器影响车门开启的力对车门铰链的矩，以是将该力矩曲线除以车门把手到该铰链的间隔可以得到在开启车门过程中，施加在车门把手上所需的操作力，如图4所示。从此曲线可以看出，在车门开启的过程中，所施加的操作力一样平常保持在17N旁边，最大峰值力不超过35N。
图4 限位器操作力曲线
五、结 论
1、采取ABAQUS软件中隐式动力学的准静态剖析，能够有效的办理静力学剖析中涌现的动态效应，并且在担保系统的动能所占内能很小的条件下能够担保结果的准确性。
2、通过从车门铰链处得到的力矩曲线，能够反响出在车门开启时需对限位器施加的操作力。从得到的力矩以及力曲线中可以知道，该车门限位器在车门开启时对铰链的力矩知足企业设计哀求。
参考文献
[1] HI-J02.01.172-2011-1.0. 汽车限位器技能规范[S].[2] ABAQUS Inc. ABAQUS Analysis User’s Manual. ABAQUS Inc.[3] 庄茁. ABAQUS/Standard有限元软件入门指南 [M].北京：清华大学出版社，1998.
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作者：王工， 仿真秀专栏作者
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