设计仿真 | Adams-Marc联合仿真帮助客户准确模拟车门关闭过程

文章背景

关闭汽车车门所需的关门力会影响客户对于汽车质量的看法，如果需要太高的关门速度，客户可能会对汽车产生负面看法，并且也可能会产生令人不愉快的关门噪音。大多数汽车制造商的对车门密封件的设计目标是，在满足防风防雨和隔音的要求同时，需要以相对较低的力度就能关闭车门。

密封件对关闭汽车车门所需的力度有重大影响。初始密封件的截面轮廓在于车身板件接触时，有一定的变形以避免出现褶皱和破裂等问题。设计密封条的截面轮廓是非常昂贵和耗时的，因此Standard Profil多年来，一直使用海克斯康工业软件的Marc非线性有限元软件来模拟车门关闭过程中的密封件的受力变形。密封件使用超弹性材料特性建模，以准静态工况模拟关门时，每单位长度的密封件会产生关门力。该模拟还预测了密封件填充车门和相邻的车身钣金件之间的间隙能力。

面对挑战

一位Standard Profil的客户咨询是否可以通过模拟完整的关门过程来预测关门所需的初始速度。门的关闭是门上各部件之间的复杂相互作用的结果，例如锁、密封条、空气滞留效应、铰链轴和止回连杆等。空气滞留效应是指当车门关闭时，它会将空气推入车内，如果这时车窗和其他车门是关闭状态，则会增加车内的压力，进而对车门的关闭产生一定的空气阻力。止回连杆是一种在多个位置保持车门打开的装置，目的是防止车辆在坡道上车门自动关闭，止回连杆有几个凹槽，这些凹槽会对车门关闭产生阻力扭矩，因此在模拟车门关闭时，必须考虑这些凹槽。

解决方案

Standard Profil与Bias Engineering签订关于车门关闭分析的合同。关门过程中涉及的大位移需要多体运动学仿真。Bias Engineering的仿真工程师Hunkar Yurt说：“我们选择了海克斯康工业软件的Adams多体运动学软件，是因为它具有强大的求解器和前后处理器。此外，Adams允许用户创建用户自己定义的子程序来计算施加到系统的力，当计算空气阻力时，这种功能在计算时非常有用。”在门锁的位置将其建模为力单元，该力单元随着撞针相对于门锁的位置而变化。铰链摩擦是通过在门上沿运动的相反方向施加3.7 Nm的静扭矩来模拟。空气阻力效应通过文献中的1D方法进行建模。产生的扭矩有用户定义的子程序计算，并作用于车门铰链。工程师使用Adams的试验设计模块进行分析，用来确定关门的速度最小为820 mm/s。

 Marc密封条模型   Adams车门模型

Marc密封条的压缩载荷

Bias工程师随后做了进一步研究，使用Adams-Marc联合仿真功能，通过实时计算密封件的载荷和变形来提高仿真精度，而不是依赖于CLD提供的近似值。这个联合仿真被认为是第一个模拟车门动态关闭的联合仿真方案。Adams运行运动学仿真，然后将仿真结果传递给Marc，继而Marc进行仿真，并最后将结果再次传递给Adams。最后，Bias工程师开发了一个Excel界面，使不熟悉Adams和Marc的工程师能够通过输入某些参数即可轻松执行联合仿真。Yurt说：“在整个联合仿真过程中，门的动态运动由Adams计算，密封条的阻力由Marc计算。通过这种仿真方案，我们相信，在整个密封条可以精细的建模。以此来进行关门力的计算。”

结果/收益

Standard Profil的设计总监H.Tuncay Yukesel博士说：“我们将联合仿真的结果提供给客户，客户非常满意，并因此帮助我们拿下了更多的订单。现在的仿真方案和物理试验相比，帮助我们在更短的时间内，以更低的成本来评估新的密封件，并且可以评估和优化更多的设计方案，以提高车门关门性能，缩短产品开发周期和节约成本。”

车门开启角度（°）

车门动能-DOE初始关门速度