車燈簡化 FEA 模型分析

初始模型建構分析時，為避免元素數目過多造成運算資源浪費與耗時 之特性，可將結構進行簡化。此舉可大幅降低元素數目，並可縮短分析過 程所耗費之時間，且在外型結構差異非過大情形下，其分析結果應與實物 相近。此分析過程中，均假設所有材料皆為均質等向性，各元件與治具所 使用之材料及特性如表5所示。模型建構時，先經由生產加工用曲面IGS 檔（圖38）以商用軟體Altair HyperWorks之HyperMesh模組轉為實體圖形

（圖39、圖40），為便於後續網格建置方便與節省運算空間及時間，將原 複雜模型再加以簡化，除結構加強肋模型保留外，在主要外型輪廓不變下 包含（1）曲面部位、（2）細微凹凸外型特徵及表面多餘射出成形材料以 及（3）小型燈座、排氣與排水之設計開孔之簡化原則，簡化前後之車燈 元件與組立模型如圖41、圖42及圖43所示。

網格建置是經由 HyperMesh 模組進行模型網格製作，因頭燈本體結 構厚度較薄（平均約 2.5mm），故所使用之網格元素為殼（SHELL）元素，

各組件網格建置資訊如表19，各元件網格建構如圖 44 所示，整體車燈組 合如圖 45 所示。首先設定由振動機傳導至夾治具底板之強制激振限制條 件（constraints），主要由五項條件組成，第一是在治具底板上建構模擬鋼 質螺絲鎖附底板與振動台間之條件，第二是建構加速度之激振源，第三是 建構激振條件，第四是建立車燈本體與支撐架間之鋼質鎖附接觸邊界條 件，第五則是建立車燈本體各元件間接觸邊界，相關設定程序如下：

5.2.1 強制激振基座邊界條件設定

此部份分析工具設定應包含（1）基座固定邊界設定，主要作為治具 底板模型上建立限制無相對位移及無相對旋轉限制條件；（2）強制激振源 設定，作為治具底板模型上建立垂直向強制位移限制條件；（3）強制激振

頻率設定，建構一個強制激振頻率分析範圍；（4）強制激振掃頻速率設定，

以建構一個強制激振之頻率掃描方式；（5）強制激振頻率分析範圍設定，

建構一個強制激振之頻率負載表；（6）強制激振源設定，建構一個強制激 振之動態頻率響應負載；（7）建構強制激振之動態頻率響應分析方法；以 及（8）建立強制激振控制卡。詳細分析工具設定方式如附錄三。

5.2.2 二物件間接觸邊界設定

此方式模擬車燈在實車上使用螺絲固定方式，主要在於處理車燈固定 耳與夾治具鎖附處間之接觸邊界條件，利用分析軟體之「OptiStruct」功 能模組中，在【1-D】功能面板下，選擇【Rigids】採用【RBE2】（rigid beam element）選項，本文在螺絲接觸邊界剛性連接設定係依照 6.1.1 節方式，

強化車燈固定耳周邊接觸剛性（圖 48）防止低頻結構變軟，相關邊界設 定如下：

1. 車燈固定耳與夾治具支撐架：將頭燈四處固定耳與治具支撐架間 採剛性連接，而剛性連接處位於二物件間固定孔周圍，將其 6 個 自 由 度 勾 選 設 定 為 無 相 對 位 移 ， 剛 性 連 接 中 心 （ 獨 立 點 independent）則定義相對剛性較強之鋼質支撐架為鎖附孔中心，

而 固 定 耳 圓 孔 與 支 撐 架 鎖 附 圓 孔 周 圓 各 node 定義為依靠點

（dependent）去連接剛性連接中心（圖 49~圖 52）。

2. 車燈燈殼與鍍鋁裝飾反射鏡：車燈透明燈殼與車燈內部之鍍鋁裝 飾反射鏡實物上有三處螺絲鎖附點（圖53），本文同上述設定選擇

【RBE2】進行剛性元件連接；剛性連接中心（獨立點 independent）

定義於透明燈殼鎖附孔中心（圖54），而其鎖附孔周圍及燈殼固定 處element 上各 node 定義為依靠點（dependent）去連接剛性連接 中心。另外，除 3 點鎖附點外，實物上燈殼與反射鏡間部分地方

屬緊密貼近（圖55），在分析時限制條件設定上在二物件間採以局 部rigid beam element【RBE2】連接，由於燈殼相對而言鎖附方式 較 為 穩 固 ， 故 採 用 以 透 明 燈 殼 上 之 節 點 定 義 為 獨 立 點

（independent），反射鏡上相對位置 之 nodes 節點定義為依靠點

（dependent）（圖 56）。

3. 燈殼與後燈座：透明燈殼雨後燈座在實物上主要以膠著劑黏合（圖 58），另搭配 6 處扣環及 2 個螺絲鎖附點作為輔助固定（圖 58），

但結構牢固仍以膠著面為主要貢獻。因此，對於膠著黏合地方，

此處則採取將透明燈殼與後燈座以共用節點（common node）方式 處理，以降低邊界分析複雜度，而輔助之螺絲鎖附處則在模型建 構時予以簡化不考慮（圖59）。

4. 後燈座與底蓋：後燈座與底蓋在實物上以 4 顆螺絲鎖附（圖 60），

鎖附接觸邊界條件參照前述設定方式，以後燈座底部鎖附處定義 為獨立點（independent），而底蓋鎖附處定義為依靠點（dependent）

（圖61）。

5. 方向燈反射鏡與後燈座：主要以 2 顆螺絲搭配 1 卡榫鎖附（圖 62）， 邊界條件上鎖附點參照前述方式，以後燈座鎖附中心定義為獨立 點 （independent ）， 而 方 向 燈 反 射 鏡 之 鎖 附 處 定 義 為 依 靠 點

（dependent）（圖 63）。

5.2.3 結果討論

1. 由圖 64 及圖 65 之十處分析結果可發現簡化後 FEA 模型在強制激 振整體頻譜響應趨勢與實驗值接近，僅部分分析處於高頻區段

（250Hz~）加速度響應較低；由表 20 所示，修正後之分析結果與 實驗頻譜比較，主要二個共振頻率響應最大誤差 7%，最小誤差

2%。

2. 由圖 66 之模態振型觀察在固定處及車燈後燈座之局部模型簡化處 剛性不足，頻率越高相對由基座傳導至分析處之能量因複雜外型 吸收致使響應減小，以HRF 分析點為例，142Hz 以後皆屬後燈座 較大平面處之Local 響應；此分析模型之全域振型共計四個，分別 為69Hz（車燈前方上下振動）、63Hz（車燈下方前後擺動）、125Hz

（車燈左右二側上下rotation）及 142Hz（車燈後方上下振動）。

5.3 車燈簡化 FEA 模型厚度修正分析