基于ABAQUS的某乘用车仪表板热变形分析

    0 引言

    汽车仪表板作为最重要的内饰件，安装着各种功能的细分总成。驾驶员通过仪表板就可以掌握汽车多个系统的工作状况并调控各项功能。仪表板的设计不但要满足其功能性，也要具有装饰性来满足消费者日益变化的审美。除此之外还要满足各种性能的要求，比如模态、表面刚度、乘员安全性能等。越来越多的主机厂开始关注仪表板的各方面性能，但多数性能分析都是常温下的。当汽车仪表板在夏日阳光的直接照射下，其表面温度可以达到120°c左右。塑料件的热膨胀系数较大，如此高的温度下会发生较大的变形。当尺寸变化超过了公差范围，就会出现可以观察到的零部件形变、翘曲。当温度回复到室温(23°C)时，还会留有残余变形。所以，仪表板拥有良好的热变形性能是十分重要的。本文通过建立某乘用车仪表板总成的有限元模型，利用ABAQUS软件求解得到其经过高温加热后的残余变形，验证是否满足设计要求。

    1 仪表板有限元模型的建立

    相比于车身的钣金冲压结构，内外饰的用料一般都是工程塑料。仪表板总成由多个塑料件组装而成。仪表板塑料件结构设计复杂、厚度变化多样、加强筋和安装卡座较多，这些特征都会提高仪表板有限元模型建立的难度。

    1.1 中面抽取及修复

    首先要对仪表板部件进行中面的抽取。钣金件的抽取比较简单，而且抽取的中面往往比较完整。塑料件的中面抽取相对于钣金件就比较繁琐，而且抽取的中面往往是坏的。通常首先利用Hypermesh软件抽取塑料件的中面，再利用ANSA软件进行中面修复。之所以选择两个软件，是因为Hypermesh抽取的中面比较完整、结构的完整性要求低。而ANSA软件的自动抽取中面对结构的完整性要求较高，但在中面修复方面功能更加强大。如图1所示为Hypermesh软件抽取的仪表板本体结构的中面，该中面是不完整的。

    图1 抽取的中面

    除了图中所示的缺面，面与面之间的很多连接也是有问题的，还要利用ANSA软件对每个面进行连接修复。除了要修复的破损面，还要删除中性面中半径小于2mm的倒角，因为这些结构太小，生成的网格也不满足要求。经过集合修复和简化后的中面结构如图2所示。

    图2 修复后中面

    2.2 厚度划分

    一个塑料件上会有多个厚度，通常加强筋，凸台的的每一个面的厚度都会与本体不同。中面修复完成之后，为了准确的表达出原有结构的几何特征，要对中面上的每一个面进行区分并放在不同的PID(ANSA软件中概念，包含部件名称及材料属性名称）当中定义厚度。为了最大限度的反应出结构的真实厚度，当厚度差超过0.2mm的结构我们将建立一个PID。如图3所示为仪表板结构中的某卡扣座。每一种颜色代表一个PID，也就代表一个厚度。