ABAQUS在汽车熔断器结构分析中的应用

汽车连接器是汽车的连接部件，对汽车动力传输、实现能量转化等起着重要的作用。其连接是否可靠直接影响着整车的性能。本文采用ABAQUS/STANDARD模块中的静强度设计对连接器第一次连接时的受力及变形等进行了分析，从而保证了连接安全可靠。

分析过程

2.1问题描述

下图是十一路熔断器盒总成，安装于汽车驾驶室内，将图示位置固定在仪表板支架上。仪表支架是一个厚度约为1.2~1.3mm的钣金件。有客户反馈我公司该产品在哈飞装车现场挂不足仪表支架，比例占到50%。客户分析原因是卡点太软易导致卡不住。为解决此问题从CAE角度上尝试解决方案，具体分析及改进方案如下：分析中主要关心所受力大小和变形情况是否满足产品使用及加工要求，难点在于接触过程中的应力应变变化。

图1十一路熔断器盒总成

图2截取的仪表支架

2.2分析步骤

步骤一：建立有限元网格模型

针对以上问题描述，为了分析的有效进行，需要在CAE分析之前考虑模型的简化，本文将模型简化为三维问题，仅取图示位置。简化的三维模型是在UG中完成的，以STEP中间格式导入到CAE中，对简化过后的模型进行分析时，根据分析类型的不同和所关心区域以及曲率比较大的情况下对网格的划分有很高的要求，它在很大的程度上影响结果的收敛性和准确程度。为此，所画网格不仅要好看而且疏密适当，不能骤然过度，网格划分越好在接触过程中所穿透的穿透量就越少，结果就越准确：同时穿透量过多还跟几何形状有一定关系。以下是我们简化过后的有限元网格模型。

图3主体简化

图4仪表支架简化

实际生产中主体所用的材料是PA6GF30，仪表支架为钣金件，材料为08F。在定义有限元模型时，从分析效率及有效性考虑，我们把仪表支架简化为了刚体。同时在大变形区域密化网格。为此从CAE结构分析上考虑：塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元，这可能是导致收敛问题的主要原因。如果需要得到应力，可以使用CD8I(在所关心的部位要让单元角度尽量接近90度)，如果只关心应变和位移，可以使用C3D8R，几何形状复杂时，可以使用C3D10M。在这个分析中我比较关心整个工程的应变和位移，为此在模型中我选择了C3D8R单元。

步骤二：材料定义

杨氏模量：3400MP泊松比：0.34主体材料PA6GF30：密度：8.6e-9ton/mm^3仪表支架材料08F：密度：78.5e-9ton/mm^3杨氏模量：200000MP泊松比：0.27步骤三：装配与合适位置

装配如图示位置：

图5装配后示意图

步骤四：定义分析步创建接触对

在定义分析步时我们选用了静态一般分析，周期为1，打开非线性。初始增量步设为0.02。在Interaction模块，将仪表支架的前后两个大面作为主面，将主体与其接触的面作为从面。摩擦类型选为罚函数的库伦摩擦,摩擦因数设为0.2。

步骤五：定义载荷与边界条件

主体根据实际安装情况完全固定与挂台相对的那个面，在Interaction模块中用coupling命令在仪表支架末端定义一个点和面的耦合约束，并在定义边界条件的时候将定义的这个点赋予一个强制位移，Z方向-13,其他两个位移方向保持不变，位移增量为0。

步骤六：定义J0B查看分析结构从分析结果显示，主体挂鼻处与仪表支架明显贴合面较小，当仪表支架背向与主体贴合时，主体挂鼻与仪表支架贴合约为0.5，但实际做出的仪表支架还有至少0.2的倒圆角，所以贴合处为0.2~0.3.此为保守值。如下图所示：

图6整体

图7局部放大

3分析结果

由以上分析结果可知，主体挂不足仪表支架的原因主要是挂鼻与仪表支架的贴合面积太小，仅有02左右宽度,与理论值0.5~06相差约04。为此将挂鼻顶部与仪表背向与主体的贴合面之间的间隙由原来的08调整为04.从而保证0.6的理论值。

4总结

本文应用ABAQUS软件对汽车内部安装的熔断器盒固定结构部分进行了分析。主要观察结果中变形状态的分布情况，结合理论数据进行比较，并提出了改进方案，产品通过该分析结果进行改进并经实际装车验证，客户至今无此类质量反馈，实现了该类问题的一次性技术解决。ABAOUS方案的实施，对产品技术改进产生了重要的影响。