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基于Abaqus的汽车顶盖抗凹性能分析与试验研究

杜伟娟胡海欧陈韬

吉林省长春市一汽轿车股份有限公司长春130012

摘要：汽车外板的抗凹性能是反映外板使用性能的重要特性，现利用有限元分析软件ABAQUS，

对某车型的顶盖外板进行屈曲分析查找薄弱点，并针对薄弱点进行抗凹分析。同时结合试验数据

来验证CAE仿真结果与试验结果的吻合度。

关键字：抗凹分析；屈曲分析；ABAQUS；吻合度

TheDentResistanceAnalysisAndTestingstudyfor

VehicleRoofBasedonABAQUS

Abstract：Thedentresistanceofvehicleexteriorpanelisanimportantcharacteristicaboutthe

performanceofvehicleutilization.ThearticleusesAbaqus/Standardsuspensionplatformtoanaly

buckingforroofexteriorpanel,inordertofindweakpoints,afterdentingforthem.Atthesametime,the

experimentaldataareusedtoverifytheagreementbetweenthesimulationresultsofCAEandthe

experimentaldata.

Keywords:DentingAnalysis,Bucking,ABAQUS,Agreement

0概述

汽车顶盖做为车身上最大的一块板壳覆盖件，根据功能要求通常关注其结构稳定性。近年来，

全球气候变化导致的自然灾害日益严重，极端天气肆虐全球，世界各地不时会有关于冰雹、暴雨、

暴雪等自然灾害的报道。汽车顶盖尺寸大，结构有一定的曲率和预变形，在使用过程中人为的触

摸按压、振动、物体撞击可导致其形状发生凹陷挠曲甚至产生局部永久凹痕。顶盖抗凹分析是汽

车开发过程中必须进行的验证的分析项。

本文利用有限元分析软件ABAQUS对某车型的顶盖进行屈曲分析，了解顶盖变形能力，找

到先后发生屈曲的位置，并针对此薄弱点进行抗凹分析，最后通过试验来进一步验证，从而确保

CAE仿真分析的可靠性，为后续缩短开发周期取消试验验证提供了有力的保证。

ABAQUS是一套功能强大的进行工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的

线性分析到复杂的非线性问题，由于ABAQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得

ABAQUS被广泛应用于世界各国的工业生产和研究设计中。

1汽车顶盖FEA模型建立

1.1有限元模型的截取

取白车身顶盖建立有限元模型，在模型截取过程中既要使截取后的顶盖模型计算后与实物保

持一致，又要使有限元模型尽量简单，鉴于以上考虑，模型网格的基本尺寸采用8mm×8mm建

模，单元总数为106497个，顶盖有限元模型见图1。

图1顶盖有限元模型

1.2材料与属性

抗凹分析要考虑顶盖的塑性变形，除给出材料的弹性模量和泊松比外，还给出材料发生塑

性变形后的塑性应变和应力曲线。本文分析中涉及到顶盖外板材料的塑性应变和应力曲线。

2、顶盖屈曲分析

屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷。本文主

要是利用屈曲分析来判断顶盖外板在特定载荷下不同特征值情况下变形情况，从而确定顶盖外板

的薄弱点，此薄弱区域作为抗凹点的分析位置，本文中只截取了几个代表区域如图2所示。

图2汽车顶盖外板屈曲分析结果

3、汽车顶盖抗凹分析

3.1边界条件

顶盖的抗凹刚度性能分析要考虑几何非线性、材料非线性和接触非线性等，分析中采用是橡

胶材质的柔性压头来模拟人为或者外界物质对上述屈曲分析得到的顶盖外板薄弱区域的按压和

冲击作用。

边界条件：约束顶盖截取区域全部自由度（DOF=123456），建立压头和顶盖测试区域（P1、

P2、P3、P4）之间的接触关系，在压头上施加400N载荷，载荷方向沿考察点曲面的法向，之后

再卸载，如图3所示。

图3抗凹分析边界条件及压头和加载曲线

3.2计算结果与分析

天窗外板各薄弱点如图4所示，抗凹分析结果残余塑性应变、位移云图以及位移随载荷

变化曲线如图5所示：

P1P3

P4

P2

图4、顶盖抗凹测试点

（a）各测试点位移云图

（b）各测试点塑性应变云图

（c）压头位移-载荷曲线

图5顶盖各测试点位移云图（a）和塑性应变云图（b）压头位移-载荷曲线（c）

由位移