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基于abaqus某轿尾门耐久车身开裂改进分析

陆志成，周鹏，李径亮

（神龙汽车有限公司技术中心武汉430056）

摘要：针对某车在尾门开闭耐久试验过程中出现的局部开裂问题，利用abaqus显式分析进行

冲击耐久分析，利用计算机仿真的方法对尾门的开裂问题进行了分析进行强度应力分析，验

证了试验中出现的开裂问题，并结合计算结果给出优化改进措施，使得交变应力值大大降低，

从而尾门局部开裂问题得到解决。

关键字：开闭耐久；abaqus；开裂；交变应力

1引言

尾门在实际使用过程中的开闭频率很高。因此行李箱或尾门的开闭耐久性能试验成为轿

车开发过程中一个必要的环节。通过该项试验，可以检测尾门及相关车身部分在结构设计和

强度等方面是否存在问题，为优化设计提供依据。

本文基于某尾门在开闭耐久试验中出现车身侧焊点失效问题，首先运用abaqus软件对原

始定义的模型进行CAE仿真分析，并在相同边界条件下在整车上进行耐久试验，建立CAE分

析结果与试验结果相关性。根据Neuber方程和破坏区域的应力水平，明确满足耐久性能时的

应力目标值，通过abaqus软件工具对不同优化方案进行优化迭代分析，给出满足耐久性能的

优化结构。并对优化后的区域进行耐久试验验证。

2开闭耐久试验方法

开闭耐久试验是对开启件开闭耐久性进行确认，试验时将尾门系统装在整车上进行。试

验前需对尾门及相关环境件进行符合性检查和测量，试验后对相关功能及零件状态重复一次

检查。

本文中涉及到的车型是一款两厢车，其尾门开闭耐久试验要求是在规定的关门速度下，

进行50000个循环，所有车门功能（开闭，手动操作，密封）正常且无噪音；相关零件没有

任何开裂，脱焊，脱落，没有任何可视范围变形（包括铰链不应出现间隙）；尾门与环境件

不出现磕碰痕迹。

3开裂问题分析

在新车型的设计开发过程中需要进行大量的试验，以保证性能优良质量可靠的产品交付

至用户手中。该车型尾门在关闭耐久试验进行到25000次左右时，左右气动撑杆安装支架附

近相同位置的车身焊点区域均出现开裂，如图1所示。在尾门开闭过程中，气动撑杆不断受

到拉升或压缩，其作用力通过撑杆安装支架传递到车身上，在载荷的反复作用下导致开裂。

图1尾门内板开裂

4尾门耐久CAE计算及与试验对标分析

首先对现有产品出现开裂的尾门内板进行失效分析，并对工况进行简化，简化为CAE可

以进行模拟分析的工况。

4.1有限元模型的建立

尾门在开闭过程中是以绕安装于车身上的铰链为转轴来转动，两侧各有一根气动撑杆支

撑以实现开启。车身侧气动撑杆安装支架在尾门的开闭过程中在每一时刻受到的撑杆作用力

大小、方向都不同，该作用力通过安装支架传递到与其相连接的车身零件以及焊点上，在反

复受到周期载荷的作用下，车身零件焊点区域发生开裂。因

此，只需对车身相关部位进行有限元网格建模，尾门不需要

建立网格模型。

首先利用前处理功能建立车身各结构件的有限元模型，

选用壳单元，基本网格单元尺寸为5mm。结构连接采用RBE2、

RBE3、粘胶、焊接单元，并充分考虑结构的具体特征如圆

角、翻边、工艺孔等，对结构的简化处理不影响结构的强度

分析结果。完成后的有限元模型网格见图2。图2有限元模型

4.2材料与属性

本次分析涉及材料属性在abaqus中定义，材料参数除了给出材料的弹性模量和泊松比，

还需要给出应力应变曲线。

4.3边界条件

分析后认为此类问题应属于疲劳开裂问题，但实际很难测得载荷谱，在没有载荷谱的条

件下，是无法进行疲劳计算的。按照疲劳强度理论，疲劳裂纹首先在零件和构件的危险点的

局部区域内产生，继裂纹扩展直至断裂。所以我们只要将危险点的峰值应力降下来，就能提

高疲劳强度。

车身断面处节点约束其平动自由度，车身纵梁上后气动撑杆安装点全约束。在车身两侧

气动撑杆的安装点球销中心沿着气动撑杆轴向方向施加气动撑杆作用力，从0?到87?，每

隔10?施加一次气动撑杆作用力，每个力的大小和方向都不相同，共10个工况，分析工况如

下表1所示。

表1.尾门气撑力

尾门开启角度（?）80℃高温时的力（N）

87554

80569

70584

60598

50613

40628

30643

20658

10672

0687

4.4CAE计算结果及分析

建立如上所示的有限元分析模型以后，应用大型有限元结构分析软件abaqus进行求解

分析计算，得到车身区域应力分布如图3所示。从应力分

布云图可以判断并分析出，耐久失效裂纹源及裂纹扩展的

路径。不同开启角度下，焊点开裂区域车身零件的最大应

力计算结果，可以看出在尾门处于完全关闭位置，即开启

0?时车身局部应力值最大，这里常温下交变载荷的变化

约为198.4MPa。对比实验反馈的开裂的信