抗凹分析中关于薄弱点的选取

概述

汽车外覆盖件：组成一辆汽车的众多零件中，有那么一类零件，它们线条流程，棱角分明，既是外观装饰性零件，又是封闭薄壳状受力零件，消费者看到它们的第一眼可能就已经决定了非此车莫属，它们就是传说中的汽车外覆盖件，其主要包括前后保险杠，机罩盖，车门，翼子板，侧围，后备箱盖等。

虽然从整车承载的角度来说，外覆盖件的作用比较小，因为从其一般0.65mm的（钣金）厚度来说，本质上确实起不到很强的作用；但正是由于外覆盖件表征了一款车的外形，给消费者带来了直接的主观感受，除了视觉上——眼中的美感，还有触觉上——摸起来的质感，或者说软硬度。按压太软，消费者觉得偷工减料，心中默念奸商；若比较硬，用料显得扎实，但开发商觉得肾疼，毕竟降本减重是始终如一的追求。所以在汽车外覆盖件（主要针对钣金件）的开发过程中，形成了用于评价这种按压主观感受的性能控制方法，即所谓的抗凹性能。

抗凹：试件抵抗凹陷挠曲弹性变形的能力称为抗凹刚度，即通常所说的抗凹。试件受外部载荷的作用，变形特征表现为弹性和塑性两类。在弹性变形情况下，外部载荷作用达到一定程度，抵抗弹性变形的能力突然丧失，发生失稳行为，外力撤销后能恢复原状，覆盖件抵抗失稳的能力称为抗凹稳定性。塑性变形则为外载荷作用下发生凹陷，载荷去除后，试件表面局部残留凹痕，而试件或覆盖件抵抗局部凹痕变形的能力称为局部凹痕抗力。

借助有限元分析的手段，可以很好的控制该性能。

抗凹分析中薄弱点的选取

鉴于抗凹分析的方法网络上的内容很多，本文不再赘述，有兴趣的同学可以自行学习。

众所周知，汽车外覆盖件基本表征了整个汽车外形特征，如果把所有位置都进行一遍抗凹分析，不仅仅效率低下，也完全没有必要，目前的基本做法是以经验来判断相对比较薄弱的位置，然后进行有针对性的分析，但在很多时候经验的方法往往难以比较全面的找出薄弱位置，因此本文以某车型的前侧门为例，就如何选取最弱点用于进行抗凹分析提供几种思路供各位看官参考借鉴。

1）均布压强法

如图所示，在门外板上沿单元的法向施加1e-3 单位压强，计算出最大变形的位置（图中红色区域）做为薄弱点。

2）约束模态法

计算门约束模态，提取前10阶模态变形外板上最大的点（图中红色区域）做为薄弱点，如图所示本次分析中的第二，第五和第六阶模态显示的外板变形最大的点。

 3）屈曲分析法

在门外板上沿单元的法向施加1e-3 单位压强，计算外板的前10阶屈曲（关于屈曲分析可参考本公众号之前的文章《线性屈曲分析介绍》），找出变形最大点（图中红色区域）薄弱点。

为了更直观的显示三种方法获得的薄弱点，将其叠加到一起如下图所示：

总结

通过以上3种方式的比较，可以发现：

1）3种方法均能获得相对薄弱的区域；2）就薄弱区域而言，屈曲法基本能够覆盖均布压强法和模态法；3）对于选取薄弱点，均布压强的方法只能得到1个点，模态法前10阶只得到了3个薄弱点，而屈曲每一阶均能获得1个薄弱点；
 当然本文只以侧门为例进行了对比分析，可能存在特殊性，但总的来说使用屈曲法理论上能够比较有效全面的找到薄弱点。