SUV行李架承载力及可靠性研究.pdf
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1、103汽车安全技术2023.7SUV 行李架承载力及可靠性研究张 云1 刘家武2(1.长城汽车股份有限公司,河北省汽车技术创新中心 河北 保定 071000;2.曼德电子电器有限公司 河北 保定 071000)摘要:汽车行李架是指安装于车顶位置,便于携带大型物件的支架。SUV为适应多种使用场景,往往会安装行李架,在兼顾车身审美水平的同时,也能够更好地拓展汽车使用场景。该文从SUV行李架类型及设计要点出发,对SUV行李架承载力进行有限元分析,并结合试验验证其使用可靠性,提出SUV行李架承载力及可靠性优化思路,以促进相关产品设计与开发。关键词:SUV;汽车行李架;承载力;可靠性作者简介:张云,长城
2、汽车股份有限公司、河北省汽车技术创新中心工程师,研究方向为汽车外饰及开闭件设计研发;刘家武,曼德电子电器有限公司工程师,研究方向为汽车外饰及开闭件设计研发。SUV 行李架兼具审美和实用双重功能,但是在行李架上放置物品后车辆重心会升高,导致在紧急情形下出现意外的概率明显上升。为确保 SUV 行李架具有良好的载物强度,并且各方面性能都满足规范要求,需要在生产过程中进行充分的行李架台架试验及仿真模拟试验,并基于整车路试,准确分析 SUV行李架承载力及可靠性,为产品优化设计提供参考,进而有效提升 SUV 行李架承载力及可靠性,为消费者提供更高质量的 SUV 产品。1 SUV 行李架类型及设计要点1.1
3、SUV 行李架类型近年来,随着 SUV 应用场景的不断扩展,产品功能需求的不断增加,SUV 行李架结构也变得更加多样化。依照尺寸和大小特征,SUV 行李架可分为单层行李架、双层行李架、澳式行李架及豪华行李架;依照行李架安装方式,SUV 行李架可分为简易行李架和组合式行李架;依照行李架与车顶的间隙大小,SUV 行李架可分为贴顶式行李架和跨顶式行李架。就整体而言,SUV行李架的结构可分为横杆和纵杆两个部分,如图 1 所示。图 1 SUV 行李架结构1.2SUV 行李架设计要点SUV 车顶平整度较高,面积较大,便于安装行李架。第一,在设计 SUV 行李架时,要关注载荷要求,使其符合设计规范,并贴近大
4、多数用户的使用需求,具备足够的承载力。第二,要关注行李架的强度,使其符合安全标准,以便确保其在紧急情况下具备良好的安全性能,减少二次事故导致的安全隐患。第三,行李架要具备良好的轻量化效果,从而减少车身顶部质量的增加,降低车辆重心1。目前,SUV 行李架的主要材质有铝合金及高强度塑料这两种,其中铝合金材料具有强度高、比重小、力学性能好等特征,表面处理工艺较为成熟,能够满足 SUV美观性设计要求,同时也具有良好的可加工性,便于对行李架结构进行优化2。2 SUV 行李架承载力有限元分析2.1有限元分析概述有限元分析是当前汽车产品在设计中较为常见的受力分析方1行李架横杆 2行李架纵杆汽车测试报告104
5、汽车安全技术法。利用计算机软件搭建 SUV 行李架有限元模型并进行承载力计算,能够为产品部件台架试验提供参考,有效避免传统行李架设计开发过程中存在的模糊性问题,提升行李架设计效率和质量,降低开发成本3。具体而言,应当选择合适的有限元建模软件,根据行李架在规范要求下的代表性受载形式,利用有限元分析方法评估 SUV 行李架的承载力。本文以其中一种受载形式为例,论述 SUV 行李架承载力有限元分析的基本方法。2.2有限元分析过程及要点对 SUV 行李架承载力进行有限元分析,需要先进行建模。在建模时,应先确定不同材料性能所对应的标准单位,并将所有参数以统一的单位进行定义,避免计算结果出现偏差。在有限元
6、分析过程中,需要考虑的结构部位主要包括纵杆、横杆及连接头,因此可根据行李架结构将模型简化,不考虑连接配件对行李架框架架构形变和应力分布的影响。某 SUV 行李架简化模型如图 2 所示。在模型简化完成后,需要分别对纵杆、横杆和连接头进行网格划分。为确保软件处理精度和处理效率达到平衡,行李架不同部位的网格划分尺寸有所不同。纵杆网格尺寸为 5 8 mm,最小尺寸2 mm;横杆网格尺寸为 2 mm,最小尺寸1 mm;连接头尺寸为 5 mm,最小尺寸2 mm。以某 SUV 为例,其行李架主体结构包括2条纵杆、2条横杆、4个连接头,在有限元模型中,所划分的网格数为 217 692 个。在网格划分完成后,需
7、要进行边界条件定义,使连接头和纵横杆螺栓连接处具有相同的自由度,进而确保连接头上的位移和载荷能够有效传递至纵杆。其余各部位横杆和连接头的连接,也采用相同方法进行刚性接触定义,以确保有限元分析效果的精准性。2.3有限元分析结果处理SUV 行李架是重要的承重部件,因此在设计时图 2 某 SUV 行李架简化模型必须确保其具有足够的强度和刚度,能够应对复杂工况条件下的疲劳寿命、总成装配及用户使用需求。本文利用有限元模型进行分析,发现在735 N 垂向载荷模拟工况下,分析结果中,行李架位移和最大应力都满足设计要求,没有出现损坏现象,其中位移变化值较高的部位为后杆。基于有限元分析,可以得出最大应力基本位于
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