基于某車(chē)型前風(fēng)窗玻璃開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)仿真評(píng)估以及優(yōu)化

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車(chē)在生活中扮演的角色越來(lái)越重要。2010 年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量位居全球第一，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。汽車(chē)的風(fēng)窗玻璃不僅起到遮風(fēng)擋雨的作用，裝上前風(fēng)窗玻璃后還可以提高車(chē)身A 柱的剛度，在發(fā)生碰撞時(shí)也能夠起到較好的保護(hù)作用。伴隨著車(chē)身輕量化設(shè)計(jì)以及車(chē)速的大幅度提到，除了基本的密封功能外，風(fēng)窗玻璃已經(jīng)成為重要的汽車(chē)安全部件，關(guān)系著駕乘人員的生命安全，由于車(chē)速的大幅提高，空氣阻力與汽車(chē)速度的平方成正比，前風(fēng)窗玻璃將承受較大的空氣阻力，同時(shí)產(chǎn)生縱向、側(cè)向和垂直三個(gè)方向的空氣動(dòng)力量，其中縱向空氣動(dòng)力量是最大的空氣阻力，大約占整體空氣阻力的80％ 以上。與此同時(shí)，路面的不平會(huì)引起車(chē)輛扭曲變形、前風(fēng)窗玻璃框口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理以及前風(fēng)窗玻璃的質(zhì)量不良等因素都會(huì)引起玻璃的爆裂[1] ，前風(fēng)窗玻璃的破裂對(duì)整車(chē)商品性影響很大，用戶(hù)會(huì)對(duì)新車(chē)前風(fēng)窗玻璃出現(xiàn)破裂的問(wèn)題非常不滿(mǎn)，甚至?xí)岢鐾素浀囊?，前風(fēng)窗玻璃的破裂會(huì)對(duì)企業(yè)的銷(xiāo)售和品牌形象帶來(lái)了極為不好的影響。

目前對(duì)前風(fēng)窗玻璃的開(kāi)裂沒(méi)有相應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能評(píng)估方法，若車(chē)身前風(fēng)窗玻璃的框口結(jié)構(gòu)存在動(dòng)態(tài)性能問(wèn)題，例如較低的局部模態(tài)且振型明顯，框口結(jié)構(gòu)動(dòng)剛度過(guò)低等，都會(huì)導(dǎo)致前風(fēng)窗玻璃的開(kāi)裂，因此有必要在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)初期，從動(dòng)態(tài)性能上對(duì)前風(fēng)窗玻璃開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

 

有限元方法運(yùn)用離散概念，把連續(xù)體劃分為有限個(gè)單元的集合，通過(guò)單元分析和組合，考慮邊界條件和載荷，得到一個(gè)方程組，求解此方程組獲得相應(yīng)指標(biāo)[2] 。

動(dòng)剛度是指計(jì)算結(jié)構(gòu)在周期振蕩載荷作用下對(duì)每個(gè)計(jì)算頻率的動(dòng)響應(yīng)，也稱(chēng)為頻率響應(yīng)，激勵(lì)載荷在頻域中明確定義，所有的外力在每一個(gè)指定的頻率上已知。直接法頻響分析通過(guò)直接求解動(dòng)力學(xué)方程得出結(jié)構(gòu)在激勵(lì)下的響應(yīng)，計(jì)算結(jié)果比模態(tài)法精確，計(jì)算時(shí)間與分析頻率的數(shù)量成正比。模態(tài)法頻響分析通過(guò)計(jì)算模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度矩陣進(jìn)行模態(tài)疊加得出系統(tǒng)響應(yīng)，適用于計(jì)算規(guī)模較大模型，一般直接法比模態(tài)法在同樣精度的條件下需要花費(fèi)數(shù)倍的求解時(shí)間[3] 。對(duì)于比較大的模型，動(dòng)剛度的求解普遍采用模態(tài)法的頻率響應(yīng)分析方法。