基于ANSYS软件的天窗玻璃托板的有限元分析

许明春 胡隽隽 韩鹏

摘 要：天窗玻璃托板是天窗总成中主要的承载部件，其强度直接决定着天窗的运行安全，分析天窗玻璃托板的强度等关键结构参数对天窗总成具有十分重要的意义。结合ANSYS软件对天窗玻璃托板进行有限元分析，其结果对天窗框架总成结构优化设计具有一定的意义。

关键词：天窗玻璃托板;ANSYS软件 ;有限元分析

中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）14-118-03

Abstract： As the main carrying part for automobile sunroof， the intensity of the glass palletof the sunroof directly affects the operational safety of the whole module. Key structural parameters such as strength play an important role in respect to sunroof design. This article elaborates on finite element analysis of the sunroof glass pallet taking advantage of ANSYS software and the conclusions contribute significantly to the structural optimization design of sunroof general frame.

Keywords： Sunroof glass pallet; ANSYS software; Finite element analysis （FEA）

CLC NO.： U467  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）14-118-03

前言

随着汽车行业的不断发展，天窗总成成为越来越多车型的标准配置。而在天窗总成中，天窗玻璃托板是其关键承载部件，他的强度直接决定着天窗总成的运行安全。为了保证天窗总成的运行安全，指导天窗玻璃托架结构的优化设计，有限元分析是是分析天窗玻璃托板强度等参数的有效方法，可以为天窗玻璃托板的设计合理性提供依据。下面我们就某款车型的天窗玻璃托板进行有限元分析。

1 分析需求与分析模型

1.1 分析需求

本分析旨在利用ANSYS力学分析软件对冲床进行力学分析。主要考察托板的强度是否满足使用需求。本分析主要采用到ANSYS计算软件的静力学模块（Static Structural）、谐响应分析（Harmonic Response）、响应谱分析（Response Spectrum）。

1.2 分析模型

2 分析软件与有限元分析类型需求分析

2.1 分析软件

本次分析使用的软件版本为ANSYS17.0。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer，NASTRAN， Alogor，I-DEAS， AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

3 材料数据

从天窗二级部件手册中查出，天窗玻璃托板的材料清单及性能参数见下表1：

4 有限元网格模型

4.1 单元数、节点数

4.2 網格图

5 有限元分析计算

5.1 托板分析

5.1.1 模型约束

由结构设计得出，需对托架4个M5孔进行固定：

5.1.2 模型负载

共振点的检测：

频率范围：10～60Hz（180s）;

试验机加速度：9.8m/s2 ;

共振点的检测分别在上下方向，左右方向和前后方向上进行。

振动试验：

共振点2点以上的情况，选择主要的共振点

共振点没有的情况，按照以下基准条件实施

振动频率：33.3Hz

玻璃板中央部加速度：43.1m/s2

有共振点的情况，按照基准条件和共振点条件试验实施。

5.1.3 共振点检测分析结果

上下方向共振点试验结果：由图4可见，共振点数量为1点，共振频率为46.6Hz。

左右方向共振点试验结果：由图5可见，左右方向共振点数量为0点。

前后方向共振点试验结果：由图6可见，前后方向共振点数量为0点。

5.1.4 振动试验分析结果

上下方向基准条件试验结果：由应力云图7得出，托板最大应力为42.1MPa，小于材料极限强度270MPa。

上下方向共振点条件试验结果：由应力云图8得出，托板最大应力为247.93MPa，小于材料极限强度270MPa。

左右方向基准条件试验结果：由应力云图9得出，托板最大应力为36.47MPa，小于材料极限强度270MPa。

前后方向基准条件试验结果：由应力云图10得出，托板最大应力为40.113MPa，小于材料极限强度270MPa。

6 结论

共振点检测分析中，上下方向共振点数量为1，共振频率为46.6Hz;前后方向、左右方向均没有共振点。

振动分析中，上下方向基准试验结果中，托板最大应力为42.1MPa，小于材料极限强度270MPa;上下方向共振点试验结果中，托板最大应力为247.93MPa，小于材料极限强度270MPa;左右方向基准试验结果中，托板最大应力为36.47MPa，小于材料极限强度270MPa;前后方向基准试验结果中，托板最大应力为40.113MPa，小于材料极限强度270MPa;符合设计要求。

参考文献

[1] 王锦红，钟燕锋.混凝土搅拌车叶片冲压成形工艺的有限元数值模拟优化设计[J].机床与液压，2004（8）：22-24.

[2] 刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 日本自动车技术会.汽车工程手册3：造型与车身设计篇[M].中国汽车工程学会，译.北京：北京理工大学出版社，2010：77.

[4] GB/T 30037—2013汽车电动天窗总成.