基于某车型前风窗玻璃开裂风险的动态仿真评估以及优化

随着经济的高速发展，汽车在生活中扮演的角色越来越重要。2010 年我国汽车销量位居全球第一，汽车产业的竞争也越来越激烈。汽车的风窗玻璃不仅起到遮风挡雨的作用，装上前风窗玻璃后还可以提高车身A 柱的刚度，在发生碰撞时也能够起到较好的保护作用。伴随着车身轻量化设计以及车速的大幅度提到，除了基本的密封功能外，风窗玻璃已经成为重要的汽车安全部件，关系着驾乘人员的生命安全，由于车速的大幅提高，空气阻力与汽车速度的平方成正比，前风窗玻璃将承受较大的空气阻力，同时产生纵向、侧向和垂直三个方向的空气动力量，其中纵向空气动力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的80％ 以上。与此同时，路面的不平会引起车辆扭曲变形、前风窗玻璃框口结构设计的不合理以及前风窗玻璃的质量不良等因素都会引起玻璃的爆裂[1] ，前风窗玻璃的破裂对整车商品性影响很大，用户会对新车前风窗玻璃出现破裂的问题非常不满，甚至会提出退货的要求，前风窗玻璃的破裂会对企业的销售和品牌形象带来了极为不好的影响。

目前对前风窗玻璃的开裂没有相应的动态性能评估方法，若车身前风窗玻璃的框口结构存在动态性能问题，例如较低的局部模态且振型明显，框口结构动刚度过低等，都会导致前风窗玻璃的开裂，因此有必要在项目开发初期，从动态性能上对前风窗玻璃开裂的风险进行评估。

 

有限元方法运用离散概念，把连续体划分为有限个单元的集合，通过单元分析和组合，考虑边界条件和载荷，得到一个方程组，求解此方程组获得相应指标[2] 。

动刚度是指计算结构在周期振荡载荷作用下对每个计算频率的动响应，也称为频率响应，激励载荷在频域中明确定义，所有的外力在每一个指定的频率上已知。直接法频响分析通过直接求解动力学方程得出结构在激励下的响应，计算结果比模态法精确，计算时间与分析频率的数量成正比。模态法频响分析通过计算模态质量、模态刚度矩阵进行模态叠加得出系统响应，适用于计算规模较大模型，一般直接法比模态法在同样精度的条件下需要花费数倍的求解时间[3] 。对于比较大的模型，动刚度的求解普遍采用模态法的频率响应分析方法。