第7章 车身结构有限元分析及优化设计
基于有限元模型的汽车车身强度分析与优化设计
基于有限元模型的汽车车身强度分析与优化设计引言：汽车车身设计是整车设计中至关重要的一环。
汽车车身不仅是汽车的“外衣”，还承担着对乘员安全和行驶稳定性的极其重要的作用。
车身的强度是确保车辆在各种复杂工况下保持结构稳定、寿命可靠的关键因素。
基于有限元模型的汽车车身强度分析与优化设计具有重要的意义。
1. 有限元分析在汽车车身设计中的应用有限元分析是一种基于力学原理和数值计算方法的数值模拟技术。
它可以将复杂的连续体结构离散为有限个单元，通过求解单元之间的相互作用力，得到结构的应力、应变等力学参数。
在汽车车身设计中，有限元分析可以有效地评估车身的强度、刚度、振动特性等。
2. 汽车车身强度分析的主要内容汽车车身强度分析主要分为静态强度分析和动态强度分析两个方面。
2.1 静态强度分析静态强度分析是对车身在静态加载条件下进行强度评估。
通过有限元分析，可以得到车身各部分的应力分布情况和最大应力值，进而判断车身是否足够强度。
在静态强度分析中，需要考虑的因素包括车身的受载状态、材料的力学性质、载荷的大小和方向等。
2.2 动态强度分析动态强度分析是对车身在动态加载条件下进行强度评估。
在实际使用中，汽车车身会受到各种道路激励和振动的影响，因此需要对车身进行动态强度分析。
通过有限元分析，可以得到车身在不同工况下的应力变化规律和疲劳寿命，进而优化车身结构设计，提升车身的抗疲劳能力。
3. 汽车车身设计的优化方法基于有限元模型的汽车车身优化设计可以通过调整车身结构和材料等手段来提升车身的强度和刚度。
3.1 结构优化在车身结构优化中，可以通过增加加强筋、设置补强板和优化焊缝位置等方式来提升车身的强度。
通过有限元分析，可以评估不同优化方案的效果，并选择最佳方案进行实施。
3.2 材料优化材料的选择对车身的强度和轻量化设计起着重要作用。
目前，高强度钢材和铝合金等轻量化材料正在被广泛应用于汽车车身设计中。
基于有限元分析，可以评估不同材料对车身强度的影响，并选择合适的材料进行使用。
第7章 轿车车身结构安全性设计
进行碰撞仿真研究最常用、最成功的仿真 软件是LSTC公司的LS-DYNA3D 。 目前多数有限元软件都集成了LS-DYNA软 件的计算模块，如：ANSYS, NASTRAN等。
星级划分表
评分结果 ≥50分 ≥45且<50分 ≥40且<45分 ≥30且<40分 ≥15且<30分 <15分
星级 5+ 5 4 3 2 1
C-NCAP与我国侧碰法规相比要求更严格，主要表 现在： ①用试验假人不同。C-NCAP采用EuroSID II型假人， 而侧碰法规要求采用50百分位HybridⅢ型假人。 ②C-NCAP要求碰撞速度更高为50km/h~51km/h (试验速度不得低于50km/h)，而侧碰法规要求碰 撞速度为50km/h。
2、侧围保险杆 3、救护网 一般设置在汽车前部，以防止撞击后的行人跌倒路面 继而被车碾压 4、减轻撞击行人的弹性装置 一般设置在发动机罩上部及前风窗玻璃周围，减轻行人 撞击后再次受冲击的强度。
二、内部防护装置 1、安全转向柱（吸能式转向柱） 在汽车发生正面碰撞时，能够充分吸收汽车的碰撞动 能，减小转向柱的后移量，以减小对驾驶员的伤害 2、安全座椅 • 座椅的安全性指：汽车座椅在碰撞事故中，能最大限 度地减少对驾驶员及乘员造成伤害的能力。 • 座椅安全功能失效时会引起各种形式的乘员伤害：座 椅与车身的连接强度不够而在碰撞中脱离；在正撞时 使乘员沿靠背下滑，使腰部安全带移到胸部，造成不 利的约束状态。
四、C-NCAP介绍
• 移动台车前端加装可变形 吸能壁障,冲击试验车辆驾 驶员侧。 • 移动壁障行驶方向与试验 车辆垂直，移动壁障中心 线对准试验车辆R点。 • 碰撞速度为50km/h～51k m/h(试验速度不得低于50 km/h)。 • 在驾驶员位置放置一个Eur oSID II型假人,用以测量驾 驶员位置受伤害情况。
车身结构分析及轻量化优化设计
江苏大学硕士学位论文车身结构分析及轻量化优化设计姓名：孙军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：朱茂桃;陈上华20040601江苏大学工程硕士学位论文图２．３计算对象的实物照片２．２．１模型的简化以某军车作为研究对象，其外形如图２．３所示。
该车是—种采用焊接、铆接以及螺栓连接等方式建立起来的空间板壳结构。
在建立有限元模型前，用Ｐｒｏ／Ｅ建立军车的初步实体模型。
参考文献及以前的工作经验，确定模型的简化原则如下；①略去功能件和非承载构件嗍。
②将连接部位作用很小的圆弧过渡简化为直角过渡。
③在不影响整体结构的前提下，对截面形状作一定的简化。
④对于一些结构上的孔、台肩、凹槽、翻边在截面形状特性等效的基础上尽量简化，对截面特性影响不大的特征予以忽略。
【１１１【１２１［１３】⑤对于车身各大片间的连接部位，采用耦合约束。
按照简化原则，运用Ｐｒｏ／Ｅ得到整车实体模型，将其输出为ＩＧＥＳ文件，运用ＡＮＳＹＳ输入命令，转换为ＤＢ文件。
所建立整车实体简化模型如图２Ａ所示：８江苏大学工程硕士学位论文图２．４研究对象实体模型２．２．２模型离散化图２．５整车离散化模型２．２．３整车模型工况选取和边界条件的处理２．２．３．１模型工况的选取及约束处理汽车车身通过前、后桥支撑在地面上，地面的反作用力通过悬架传给车体。
车身骨架与车架刚性相连，而车架通过悬架系统与车桥相连。
因此不同的悬架系统对车架以及车身骨架的强度和刚度的影响较大。
若忽略悬架的约束作用，采用简单的两点支承方式，显然不符合实际情况：同时，若不考虑悬架的结构形式如何，仅用螺旋弹簧来模拟钢板弹簧悬架，也与实际结构不符，因为钢板弹簧除了作为弹性元件外，还起到导向作用，因此在各个方向上均９江苏大学工程硕士学位论文３．２整车有限元计算结果分析㈣嘲嘲１圈嘲剀嘲３．２．１整车强度分析１．弯曲工况下的强度分析在满载，弯曲工况下，得到整车的应力分布，从应力分布彩图中可以知道，车身骨架以及车身蒙皮上的应力都比较小，最大应力为６０．ＩＭＰａ，位于钢板弹簧后吊耳与车架相连接的位置。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计【汽车车身结构与设计】
在车身有限元分析中需注意以下几个问题 ：
1）复杂曲面网格的划分 2）边界条件的设 有限元法在车身结构分析中的应用
汽车结构有限元分析的应用主要涉及以下内容 ： （1）可靠性:在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、
强度、稳定性以及疲劳寿命进行分析； （2）安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等； （3）经济性：研究结构优化及轻量化等； （4）舒适性：进行结构噪声振动分析等。
ANSYS软件实现优化方式： • 批处理方式——APDL语言 • GUI交互方式——一般用户
以GUI优化方式为例，进入优化设计器OPT，执行优化分析过程： 首 先 指定分析文件 ； 声明优化变量，包括设计变量、状态变量和 目标函数 ； 选择优化工具或优化方法 ； 进行优化分析 ； 查看优化设 计序列结果；最后检验设计优化序列。
杆（Bar） 壳单元（Shell）
承受拉伸载荷的细长结构，如某些限位约束可简化为刚性杆，车骨架在拓扑优化 设计等
汽车结构有限元分析汽车结构有限元分析实例
模态分析不考虑外力和阻尼，仅从质量和刚度 的平衡来求特征值和振动模态。与静态分析不 同，模态分析分为自由模态与约束模态。自由 模态可以不施加约束，此时有六阶刚体模态， 刚体模态对应零频率。
合理的车身模态分布对提高整车
单元选择的准则是基于对结构受力状态分析与 单元属性的理解。
汽车结构模型化
2》汽车结构模型化准则 （1）用准确的力学组件构造模型 杆、梁、板壳与实体是构造模型的主体，要根据结构
的受力状况，选择合适的力学组件，既要反映结构受 力特点，又不必片面追求高级组件，尤其是不要一切 都用三维实体建模。 （2）用适当的规模构造模型 计算网格密度、分析精度和分析时间之间的平衡。 （3）施加正确的载荷与边界条件 载荷准则； 标准载荷，标准载荷使得各分析计算结果具有可比性。 边界条件与支承条件 （4）避免结构约束不足形成机构
板、梁、实体混合单元的车架计算模型。 悬架系统采用等效方式建模 。
轻卡车架模型 与中卡车架模型
---know-what ---know-how---know-why---
以上实例说明，汽车结构有限元强度 分析问题，需要完成一系列的工作，并不 仅仅是建模本身一项。首先要了解汽车构 造，确定承受载荷，完成约束分析，通过 逐步细化建立有限元模型，进而分析结构 应力，预测应力分布趋势，同时要使改进 设计符合制造工艺要求，帮助确定最终设 计方案。
汽车结构设计准则与目标
结构分析可以划分成几个阶段，各阶段有不同的设计 目标。
◇概念设计阶段建立相应的设计目标； ◇详细设计阶段达到相应的设计目标； ◇样车制作阶段验证整车的性能并且分析设计中存在
问题； ◇产品制造阶段验证设计和改进产品。
汽车车身设计-第七章车身疲劳强度分析基础综述
第二节 疲劳设计方法 • 一、疲劳强度、疲劳极 • 限与疲劳寿命的概念 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方 法 四、疲劳分析软件 •
主要有两类：试验法和试验分析法 试验法
– 完全依赖于试验，是传统的方法 – 直接通过与实际情况相同或相似的试验来获取所需的疲劳数据 – 可靠，但必须在样机试制之后才能进行。费用高、周期长，且 无法和设计并行，试验结果不具有通用性
疲劳破坏
– 在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象 – 材料或结构受到多次重复变化的载荷后，应力值虽没超过材料的 强度极限，甚至比弹性极限还低得多的情况下就可能发生破坏
3.
疲劳
在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形 成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部的、永久结构变化的发展 过程
① 静强度：与材料的性质有关，对脆性材料影响较大， 对塑性较好的材料则影响较小
② 疲劳强度：不论是对塑性材料还是对脆性材料，都是 不可忽视的影响因素
第一节 疲劳破坏的特征 及影响疲劳寿命的因素 一、疲劳破坏的特征 二、影响疲劳寿命的 因素
2. 尺寸的影响
• 零件尺寸对疲劳强度有较大的影响，这同应力梯度和 材料不均匀性有关 • 注意：一般零件的疲劳强度随其尺寸的增大而降低 ① 尺寸不同，相同载荷作用下，零件的应力梯度不同。 大尺寸零件的高应力区域大，产生疲劳裂纹的概率大
试验分析法
– 依据材料的疲劳性能，对照结构所受到的载荷历程，按分析模 型来确定结构的疲劳寿命 – 包含三部分：材料疲劳行为的描述，循环载荷下结构的响应， 疲劳累积损伤法则 – 按计算疲劳损伤参量不同分为：名义应力法、局部应力应变法 、应力应变场强度法、能量法、损伤力学法、功率谱密度法等
第二节 疲劳设计方法 • 一、疲劳强度、疲劳极 限与疲劳寿命的概念 • 二、疲劳设计方法简介 三、确定疲劳寿命的方 法 四、疲劳分析软件 •
汽车举升机结构有限元分析及优化设计
条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
目前，我国有限元法也广泛地应用于航空航天、机械、船舶、土木建筑、机电工业、铁道交通、轻工、地质等领域，许多研究处于世界前列。
在有限元通用程序方面，由于我国计算机发展条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
随着我国经济的增长，科学技术现代化的迫切需要，加之有限元方面的专家和学者不懈努力，这种局面正在逐步改善。
特别是近年来，我国汽车行业引进了一些大型的有限元分析软件和ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ软件用于零部件的设计和计算【２１，２２］，极大地促进了有限元分析技术在汽车行业的运用，但在整车有限元分析方面，国内尚没形成一致的计算方法。
随着社会的进步，特别是７０年代能源危机以来，新的高强度材料、制造工艺和新的结构设计不断地投入使用又要求能及早发现材料、工艺和设计中的弱点，进行优化改进。
从经济上考虑，在产品的开发和试验过程中，尽量降低时间消耗、缩短产品开发周期，使产品及早投放市场也是十分必要的。
如果能够在产品开发的设计初期就能够预测出产品的结构强度和整车稳定性，那么这将在一定程度上促进产品的进一步开发研制，减少时间耗费。
另外，如果仅仅依靠试验后的数据，则需要在不同的加载条件下进行试验，这需要花费很长的一段周期，在经济上和效率上都是不合算的。
所以在设计阶段即能预测出整机的性能是极其必要的。
１．３主要研究内容根据中华人民共和国交通行业制定的汽车举升机标准ＪＴ／Ｔ１５５．２００４，本文利用有限元技术对ＢＬ－２３５０型双柱举升机进行结构分析，主要研究内容包括以下五个方面：（１）利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立双柱举升机三维参数化实体模型：（２）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件分别对双柱举升机总成在不同的工况下进行强度分析；（３）对模型的计算结果进行分析，评价其结构性能：（４）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件对双柱举升机进行模态分析：（５）根据计算结果对双柱举升机结构进行改进优化设计。
基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究
基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究随着汽车工业的不断发展，轻量化车身设计越来越受到关注。
轻量化车身设计可以降低汽车质量和能耗，同时提高车辆的安全性能和驾驶舒适性。
为了满足日益增长的市场需求，汽车制造商不断探索新的轻量化技术，其中有限元分析是一种广泛应用于车身设计的技术。
有限元分析是一种数字仿真技术，可用于预测材料和结构的反应和行为。
在轻量化车身设计中，有限元分析可以用于确定材料在负载下的性能，了解应力的传递和变形情况，并优化车身结构和性能。
这种技术不仅可以减少车身重量，而且可以提高车辆的刚度和承载能力。
轻量化车身设计的关键在于选择材料。
合理选择轻量化材料不仅可以减轻车身重量，还可以提高材料强度和刚度。
常用的轻量化材料包括高强度钢、镁合金、铝合金、碳纤维和复合材料等。
针对不同的应用场景和加工成本，汽车制造商需要仔细选择材料和结构。
在有限元分析的基础上，汽车制造商可以针对不同的应用场景进行车身设计优化。
例如，在碰撞测试中，车身的吸能能力是一个非常重要的参数。
为了提高车身的吸能能力，制造商可以选择具有高强度和韧性的材料，并改变车身结构来增加吸能区域。
同时，制造商还可以使用有限元分析来优化车身的裂纹传播路径，减少碰撞后车身的损坏范围。
另一个优化点是降低车身噪音和震动。
汽车在行驶过程中会产生各种噪音和震动，这些不仅影响驾驶舒适性，还会对车身结构造成损伤。
制造商可以使用有限元分析来分析材料和结构的固有频率，选择合适的材料和结构，进而减少车身的噪音和震动。
最后，轻量化车身设计还可以提高车身耐用性和可持续性。
轻量化车身可以减少汽车质量和燃油消耗，同时减少对环境的影响。
为了提高车身的耐用性和可持续性，制造商可以选择具有高耐腐蚀性的材料，并在车身结构上使用高效的防护措施。
总之，基于有限元分析的轻量化车身设计优化是一种有效的技术。
使用这种技术，制造商可以在不牺牲车身性能和安全性能的前提下，实现车身轻量化和优化设计。
汽车结构有限元分析
汽车结构的常规有限元分析本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。
范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。
汽车是艺术和技术的结合。
一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。
在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。
采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。
1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：第0阶段：对样车进行试验和分析；第1阶段：概念设计阶段的分析；第2阶段：详细设计阶段的分析；第3阶段：确认设计阶段的分析；第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。
有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。
有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。
在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。
2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。
通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。
前处理自动生成的网格可能存在问题。
建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。
在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。
在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。
车身结构优化设计及其疲劳寿命分析
车身结构优化设计及其疲劳寿命分析一、引言在车辆设计中，车身结构的优化设计及其疲劳寿命分析也是不可或缺的一部分。
做好这方面的工作，不仅可以提高车辆的安全性能和舒适性能，还可以延长车辆的使用寿命，从而更好地保障人们的出行安全和生活质量。
二、车身结构优化设计1.1 意义和目的车身结构的优化设计是指在保证车身强度、刚度和稳定性等性能的基础上，通过调整结构、采用新材料和加工工艺等手段来使车身的重量更轻，噪音更小，乘坐舒适性更好，并提高车辆的综合性能。
1.2 优化设计流程(1)确定系统性能需求：包括车身强度、刚度、稳定性、舒适性、安全性能等。
(2)分析和优化车身结构：采用CAE分析和优化软件对车身结构进行分析，调整结构、减少零部件的数量等以达到重量减轻的目的。
(3)选择合适材料：采用轻量化材料，如高强度钢、铝合金、塑料等材料，以达到减轻重量的目的。
(4)提高加工工艺：采用先进的加工工艺，如冲压成型、喷涂、涂装等，以达到提高制造效率和降低成本的目的。
1.3 实例分析比如，本田公司最近发布了一款新车，其中采用了大量的高强度钢材料，并采用模块化设计，去除了很多零部件，从而在车身稳定性和舒适性上都有所提升，同时重量也有所减轻。
三、疲劳寿命分析2.1 意义和目的车身结构的疲劳寿命分析是指在保证车身结构强度和稳定性的基础上，通过对车身各零部件的疲劳寿命进行分析和评估，预测车身的使用寿命，避免出现裂纹、断裂、变形等现象，保证车辆的安全性能和可靠性能。
2.2 疲劳寿命分析方法(1)有限元法：采用有限元法对车身结构进行疲劳寿命分析，通过对板、梁、节点等部件的应力应变、应变历程和损伤程度等进行分析和评估。
(2)试验法：采用试验方法对车身结构进行疲劳寿命分析，通过对多样化试验来检测车身结构各零部件的疲劳损伤、裂纹、变形等情况，并分析其疲劳寿命。
2.3 实例分析比如，通用汽车公司采用了先进的试验方法和有限元分析方法来研究车身结构的疲劳寿命，通过对车身各零部件的应力分布和疲劳损伤等进行综合评估，提高了车身的疲劳寿命，同时也提高了车辆的安全性和可靠性。
车身结构优化设计
7.2 车身结构优化设计
一阶优化（First-Order）： 使用因变量对设计变量的偏导数，在每次迭代中，计算梯度确 定 搜索方向，并用线搜索法对无约束问题进行最小化。因此， 每次 迭代都由一系列子迭代组成。采用该方法需要指定最大迭 代次数 （NITR）、线搜索步长范围（SIZE）以及设计变量变化程度的 正偏差（DELTA）。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.2 车身结构优化设计
（2）ANSYS优化过程
ANSYS程序提供了一系列的分析——评估——修正的循环过程，即 对初始设计进行分析，针对设计要求对分析结果进行评估，然后修正设计。 这一循环过程重复进行直到所有设计要求都满足要求为止。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.2 车身结构优化设计
2. ANSYS中的优化方法原理
ANSYS程序优化工具包括： ➢ 单步运行法（Single Run） ➢ 随机搜索法（Random Design） ➢ 乘子法（Fractorial） ➢ 最优梯度法（Gradient） ➢ 扫描法（DV Sweeps） ➢ 子问题法（Sub-Problem） ➢ 一阶优化（First-Order） ➢ 用户优化算法（User Optimizer）
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.2 车身结构优化设计
3. 有限元方法在车身结构优化分析中的应用
有限元分析结果仅给出指定的设计是否满足设计目标，而在实际 汽车设计中，零部件、车身、车架等总成的设计往往存在多个可 供 选择的方案，优化设计分析是在满足约束的前提下产生最佳设 计的 可能性。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
车身结构有限元分析
杆（Bar） 壳单元（Shell）
承受拉伸载荷的细长结构，如某些限位约束可简化为刚 性杆，车骨架在拓扑优化设计等
车身冲压件
体单元（Solid） 螺栓、发动机等
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4） 载荷的处理
作用于车身结构的载荷分别处理为结构自重、各装备重量和乘客重量。 Ø 结构自重可通过在ANSYS软件前处理程序中输入车身骨架材料密度和重力
7.1 车身结构有限元分析
第7章 车身结构有限元分析 及优化设计
《汽车车身结构与设计1 车身结构有限元分析
本章学习目标及重难点
学习目标
1. 了解有限元方法的基本理论； 2. 掌握车身结构有限元建模方法及简化方法； 3. 掌握车身结构有限元分析方法； 4. 了解车身结构优化设计的基本过程和方法。
求解器 后处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
1. 前处理模块
几何建模 单元类型选择 网格划分 材料类型选择 载荷处理：集中载荷、分布载荷
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2. 分析计算模块 (SOLUTION)
通用后处理
3.后处理模块 (POSTProcessor)
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
车身建模常用的有限元单元类型
单元类型
在车身上的应用举例
质量单元（Mass） 被省略部分的重量（如发动机、行李、乘员等）
梁（Beam） 弹簧（Spring）
承受弯曲载荷的细长结构、如底板下横梁、车架梁等、 点焊、复合材料板的加强筋
模拟悬架或发动机支撑的刚度特性
车身结构优化设计的计算方法研究
车身结构优化设计的计算方法研究随着汽车市场的日益竞争，汽车制造商们不断寻求新的创新来提高其产品的安全性，舒适性和性能表现。
这其中一个非常重要的因素是车身结构的优化设计。
车身结构的优化设计是一项多学科的任务，需要涉及材料科学、机械工程、计算机辅助设计以及流体力学等领域的知识。
通过对车身结构进行优化，可以提高车辆的尺寸和刚度，并在发生碰撞时减少车辆的损坏。
计算方法是车身结构优化设计中极其重要的一环。
首先，计算方法能够让设计师在虚拟环境中进行优化设计，以便找到最佳的车身结构。
其次，在实际制造中，计算方法也可以用于确定所需的材料种类和数量。
车身结构优化设计的计算方法可以分为两类：优化算法和数值计算方法。
其中优化算法主要包括遗传算法、逆向传播神经网络和蚁群算法等，数值计算方法主要包括热力学分析和有限元分析等。
在这两类计算方法中，有限元分析是最为常见的一种。
有限元分析是一种数值计算工具，可以通过将结构分成许多小片来模拟其力学性能。
这种方法可以精确计算结构中每个部分的应力、变形和振动。
然而，有限元分析也有其局限性。
例如，在考虑动力学响应时，该方法可能无法完全考虑非线性效应。
此外，有限元分析的计算量也很大，难以直观地了解每个部分的力学性能。
为了解决这些问题，研究人员不断探索新的计算方法，例如人工智能和机器学习等。
这些计算方法可以自动化车身结构优化设计过程，并可以根据结果修改任何部分以获得更好的性能。
此外，汽车行业的数字化转型也带来了新的机遇和挑战。
数字化技术可以实时监测车身结构，预测任何潜在问题，并提供实时数据，在设计期间不断进行优化。
总而言之，车身结构优化设计的计算方法是汽车行业不可或缺的一份子。
通过探索新的计算方法和数字技术，汽车制造商可以不断提高其产品的性能和安全性。
机械结构的有限元分析与优化设计
机械结构的有限元分析与优化设计在机械工程中，结构的设计与优化是非常重要的环节。
为了确保机械结构在使用过程中具有较好的稳定性、强度和刚度，有限元分析与优化设计成为不可或缺的工具。
本文将从有限元分析的基本原理出发，探讨机械结构的有限元分析与优化设计的相关内容。
有限元分析是一种通过将连续体离散化为有限数量的单元来近似描述和分析力学问题的方法。
通过建立节点和单元之间的连接关系，利用有限元方法可以对结构进行分析，并得到结构在不同载荷情况下的应力、变形等相关信息。
有限元分析的本质是通过对结构进行离散化，将连续问题转化为离散问题，从而得到数值解。
有限元分析的关键步骤包括几何建模、网格划分、应用边界条件、求解方程、分析结果等。
在几何建模阶段，需要根据实际结构的形状和尺寸建立对应的模型。
然后，将模型进行网格划分，将结构划分为许多小的单元。
接着，需要确定边界条件，即施加在结构上的力或位移条件。
通过求解方程，可以得到结构在给定载荷下的应力和变形。
最后，通过分析结果，可以对结构的强度、刚度和稳定性进行评估。
有限元分析可以应用于各种机械结构的设计与优化中。
例如，在汽车工程领域，可以通过有限元分析来评估车身结构的强度和刚度，以及车辆在碰撞等特殊情况下的安全性能。
在航空航天工程中，有限元分析可以用于优化飞机构件的重量和强度，以提高飞机的性能和安全性。
在机械设备设计中，有限元分析可以帮助优化机械零部件的结构和材料，以提高机械设备的可靠性和使用寿命。
除了有限元分析，优化设计也是机械结构设计过程中的重要环节。
优化设计的目标是在满足特定约束条件的情况下，寻找最优的设计方案。
通过优化设计，可以实现机械结构的性能最大化或成本最小化。
常用的优化方法包括经验设计法、遗传算法、粒子群算法等。
在实际的机械结构设计中，有限元分析与优化设计相结合可以提高设计效率和设计质量。
通过有限元分析，可以对结构进行全面的力学分析，了解结构的强度和变形情况。
然后，通过优化设计，可以对结构的参数进行调整和改进，以满足设计要求。
有限元分析及优化设计
《大连理工大学》2004年加入收藏获取最新【摘要】：在汽车结构设计中，有限元分析法已经成为必备的技术手段。
由于大量的计算量和分析步骤，郑鑫大客车车架结构的有限元分析及优化设计对车架进行直观的线性分析将是十分困难的。
ANSYS软件的有限元分析程序能够将其离散为无数的元素单元，从而方便地进行分析、计算、优化结果。
作者通过使用ANSYS单元库提供的元素单元建立车架的有限元模型。
本文中所有的分析运算、数据优化都是通过APDL 语言来完成的。
另外，用ANSYS软件对某型客车车架进行了有限元动态分析，给出了车架的动态特征信息，为车架的设计及优化提供了有效的参考依据。
研究了ANSYS的二次开发问题，介绍了ANSYS的语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)。
该论文工作的主要创新点在于将参数优化技术引入到汽车结构的优化设计中，通过对参数优化设计结果的分析一方面可以直接为结构的设计提供理论依据，另一方面也为结构参数优化设计模型的建立提供重要的参考。
总之，该文研究的参数优化方法是结构优化设计理论方法的一个重要发展，将其运用到汽车结构设计将具有重要的理论意义和实用价值。
【关键词】：车架有限元分析法ANSYS APDL优化计算【学位授予单位】：大连理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2004【分类号】：U469【DOI】：CNKI:CDMD:2.2004.094747【目录】：∙摘要3-9∙前言9-10∙ 1 绪论10-12∙ 1.1 大客车在国内的发展状况10∙ 1.2 有限元分析法10-12∙ 2 有限元分析的发展现状与展望12-15∙ 2.1 FEA概述12∙ 2.2 FEA国际发展趋势12-14∙ 2.3 FEA国内发展状况14-15∙ 3 优化设计15-22∙ 3.1 优化设计概述15∙ 3.2 优化数学模型的构成要素15-17∙ 3.3 建立数学模型需要注意的问题17-18∙ 3.4 参数优化方法适用范围18-20∙ 3.5 选择优化方法的标准及有关经验20-22∙ 4 ANSYS软件介绍及有限元分析步骤22-28∙ 4.1 ANSYS软件介绍22-23∙ 4.2 ANSYS的分析步骤23-28∙ 4.2.1 前处理23∙ 4.2.2 求解23-26∙ 4.2.3 后处理26-27∙ 4.2.4 ANSYS软件的特点27-28∙ 5 ANSYS软件优化功能及APDL语言28-36∙ 5.1 ANSYS参数化分析功能28∙ 5.2 APDL语言介绍28-30∙ 5.3 ANSYS软件优化设计的过程与步骤30-35 ∙ 5.3.1 优化设计的相关概念31-33∙ 5.3.2 优化过程具体分析步骤33-35∙ 5.4 应用程序开发过程中的关键技术35-36∙ 6 客车底盘车架综述36-43∙ 6.1 客车底盘的种类36-37∙ 6.2 客车车架综述37-43∙ 6.2.1 车架的功用37-38∙ 6.2.2 对车架的要求38∙ 6.2.3 车架类型的选择38∙ 6.2.4 车架宽度的确定38-39∙ 6.2.5 车架纵梁型式的确定39∙ 6.2.6 车架横梁型式的确定39-40∙ 6.2.7 车架的受载分析40-41∙ 6.2.8 纵梁的弯矩计算41∙ 6.2.9 车架纵梁抗弯刚度校核41-42∙ 6.2.10 车架的扭转刚度42-43∙7 车架结构的动态分析43-50∙7.1 大客车实例主参数43∙7.2 模态分析的必要性和作用43∙7.3 大客车车架的动力学模型建立和分析43-50 ∙7.3.1 模型建立43-45∙7.3.2 振型分析及讨论45-48∙7.3.3 结论分析48-50∙8 车架结构数学模型的建立50-59∙8.1 模型建立准则50-51∙8.2 有关方程及参数介绍51-56∙8.3 通过应力分析对车架的改进意见56-59∙9 客车车架结构设计中的结构优化设计59-68∙9.1 客车车架几何模型的特点59∙9.2 客车车架优化方法59-61∙9.2.1 车架结构优化的优化变量59∙9.2.2 利用车架结构有限元模型进行优化的一般过程59-60 ∙9.2.3 客车车架总质量的优化60-61∙9.3 APDL程序命令流61-63∙9.4 数据分析63-67∙9.5 结论分析67-68∙10 客车车身局部部分的有限元分析68-72∙10.1 问题的由来68∙10.2 APDL命令流68-71∙10.3 结论分析71∙10.4 对于优化的进一步思考71-72∙11 总结与展望72-73∙11.1 全文总结72∙11.2 有限元技术和优化方法在汽车工程中应用展望72-73 ∙参考文献73-74∙致谢74-76下载全文更多同类文献CAJ格式全文(本文按0.5元/页收费，欢迎：购买知网卡、在线咨询) CAJViewer阅读器支持CAJ,PDF文件格式∙出国英语，你会说真英语吗，快来测测吧！∙圣智科学教育教材——当当网正版独家75折【引证文献】中国硕士学位论文全文数据库前8条【共引文献】中国期刊全文数据库前10条中国重要会议论文全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前10条中国硕士学位论文全文数据库前10条【同被引文献】中国期刊全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前1条中国硕士学位论文全文数据库前10条【二级引证文献】中国期刊全文数据库前1条中国硕士学位论文全文数据库前8条【相似文献】中国期刊全文数据库前10条中国重要会议论文全文数据库前10条1 任佩红;任国清;魏中良;王其云;;HFC6100KY客车底盘车架的有限元分析[A];2004年中国客车行业发展论坛暨中国客车学术年会论文集[C];2004年2 宋华;高宏伟;吴涛;;商用车车架涂装工艺试验研究[A];首届国际（西安）涂料、涂装、表面工程高层论坛论文集（第二分册涂装前处理）[C];2005年3 唐肖;;弧焊机器人在摩托车焊接生产中的应用[A];重庆汽车摩托车、焊接、涂装学术研讨会文集[C];2000年4 郑锦标;邓蘅;王俊毅;胥辉;王璐;;Ansys在微波电子管中的应用[A];中国电子学会真空电子学分会——第十四届年会论文集[C];2004年5 王敏华;方向军;;直埋蒸汽管道保温优化计算及其分析[A];绝热材料的前景与施工[C];2002年6 涂三;骆子夜;;ANSYS在焊接中的应用[A];2004年船舶与海洋工程学术研讨会论文集[C];2004年7 王文斌;;QJX与ANSYS环向预应力分析比较[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年8 魏良武;陆皓;汪建华;;挖掘机车架总成焊接变形的计算机优化[A];2003汽车焊接国际论坛论文集[C];2003年9 陈永江;;重型汽车车架车间技术改造方案的探讨[A];中国重汽科协获奖学术论文选编（2002-2003）[C];2004年10 张天福;刘俭;余利军;刘欣;王春梅;;TZT160B型拖挂钻台设计[A];2006年石油装备学术研讨会论文集[C];2006年中国重要报纸全文数据库前10条中国博士学位论文全文数据库前10条--WORD格式--可编辑---中国硕士学位论文全文数据库前10条--。
基于有限元分析的汽车车身结构优化设计研究
基于有限元分析的汽车车身结构优化设计研究近年来，汽车行业的快速发展带来了对汽车车身结构优化设计的更高要求。
借助有限元分析技术，汽车制造商可以通过精确的计算模型和可靠的仿真分析方法，对车身结构进行优化设计，以提高车辆的安全性、舒适性和性能。
本文将基于有限元分析方法来探讨汽车车身结构的优化设计。
首先，我们需要建立一个准确的有限元模型。
有限元分析是一种数值计算方法，将复杂的实体划分为有限个小单元，通过对这些单元进行数学建模和求解，得到整体结构的应力、变形等力学性能。
在建模过程中，我们需要考虑车身的各个零件和组装方式，并将其转化为几何网格模型。
然后，使用有限元软件对模型进行离散化处理，划分出适当的单元类型，并设置边界条件和加载条件。
接下来，进行有限元分析。
有限元分析是通过数值计算方法对模型进行力学性能的求解。
在此过程中，我们可以模拟车辆在各种道路条件下的受力情况，进而评估车身结构的刚度、强度和振动特性等性能。
通过有限元分析，我们可以深入了解车身结构中的应力和变形分布情况，找出可能的疲劳寿命问题，并对车身构件进行刚度和强度优化。
在优化设计中，我们可以通过以下几个方面来改善车身结构的性能：1. 材料选择：选择合适的材料对车身结构的强度和重量具有重要影响。
在有限元分析过程中，我们可以通过尝试不同的材料和材料参数，来评估车身结构的强度和刚度。
例如，使用高强度钢材可以提高车身的刚度和安全性。
2. 结构优化：通过有限元分析，可以对车身结构进行优化，以减少重量、提高刚度和降低振动。
优化设计可以通过增加或减少零件的数量、修改形状和布局等方式进行。
通过迭代，可以找到最佳的结构方案。
3. 疲劳寿命评估：车辆在使用过程中会受到不断的振动和载荷作用，这可能导致疲劳破坏。
通过有限元分析，可以对车身结构的疲劳寿命进行评估，找出可能的疲劳破坏点，并进行相应改进，以延长车身的使用寿命。
4. 碰撞仿真：在汽车设计中，碰撞安全性是一个重要考虑因素。
基于ANSYS的客车车身结构有限元分析及其优化设计
［参考 文献］
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作 者 简 介 ： 建 新 （９ ４）男 ， 南 常 宁 人 ， 士 ， 教 授 、 李 １ ５－ ， 湖 硕 副 高
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Ｅ３ 吴 勤 勤 ． 机 化 仪 表 原 理 及 设 计 ［ ］ 上 海 ： 东 化 工 学 ２ 微 Ｍ ． 华
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Ｅ３ 陈惠 霞． Ｃ ＋建 造 专 家 系 统 ［ ．北 京 ： 子 工 业 出 ３ 用 ＋ Ｍ］ 电
维普资讯
基于 Ａ Ｓ Ｓ的客 车车 身结构 有 限元 分析 及其优化 设计 ＮＹ
唐 绍 华 ， 世 豪 刘
（ 京工业大学 机械 与动力工程学院 ， 苏 南京 ２００ 南 江 １ ０ ９）
摘 要 ： 绍 了客 车车 身有 限元 分析 与优 化设 计 的研 究 背景 ， 细论 述 了车 身结 构有 限元 分析 的基 本 介 详 方 法和步骤 。在 ＵＧ３ ０软 件 中创 建 了客 车 车 身 骨 架的 三 维 实体 模 型 ， ． 然后 在 Ａｎ ｙ ｌ ． ｓｓ Ｏ ０软 件 中对 车 身 进 行 了有 限元分 析 ， 通过 对计 算 结果进 行 分析 ， 出了优 化 车 身结构 的 方案 ， 提 有利 于提 高车 身的承 载能 力 。
低产 品成 本 ， 提高 国 际竞争 力具 有 重大 意义 。 客 车车 身 骨 架 是一 个 十分 复 杂 的结 构 ， 经 典 用
有限元分析及优化设计
有限元分析及优化设计在工程实践中，有限元分析广泛应用于机械、航空航天、汽车、建筑等领域。
有限元分析通过离散化问题域，将连续的结构或系统用有限数量的离散单元来表示。
这些离散单元通常是三角形或四边形（在二维情况下）或四面体或六面体（在三维情况下）。
通过组装这些单元，并利用有限元法中的边界条件和加载来解决作用于结构或系统的力或载荷，并计算结构或系统的响应。
有限元分析的基本步骤包括：建立几何模型、离散化、分配材料性质和边界条件、求解方程、后处理等。
建立几何模型是指将实际的结构或系统的几何形状转换为数学模型，通常使用CAD软件进行建模。
离散化是指将几何模型划分为离散的单元，通常使用网格生成软件完成。
分配材料性质和边界条件是为每个单元分配相应的材料性质和定义边界条件，例如约束和载荷。
求解方程是指通过求解有限元方法得到的代数方程组，得到结构或系统的响应。
后处理是指对计算结果进行分析和解释，包括应力、变形、振动等。
优化设计是指通过改变结构或系统的设计参数，使其满足给定的性能要求和约束条件，并最大化或最小化一些性能指标。
优化设计可以应用于各个领域，例如结构优化、拓扑优化、形状优化等。
优化设计通常使用数值优化算法，例如遗传算法、粒子群优化、模拟退火等。
有限元分析和优化设计可以相互结合，实现结构或系统的性能改进。
在有限元分析的基础上，可以通过优化设计方法找到最优设计方案，使得结构或系统在给定性能要求下具有较高的效率和可靠性。
例如，在机械设计中，可以通过优化设计改进零件的强度和刚度，减小零件的重量和体积；在航空航天领域，可以通过优化设计来提高飞机的气动性能和结构强度，降低燃料消耗。
总之，有限元分析和优化设计是一种重要的工程设计方法，通过建立数学模型，应用数值计算方法进行仿真分析，并通过优化设计方法优化结构或系统。
有限元分析和优化设计的结合可以实现结构或系统的性能改进，提高产品的竞争力和可靠性。
机械结构有限元分析与优化设计
机械结构有限元分析与优化设计一、概述机械结构是机械工程领域中的重要组成部分，其性能直接影响到机械设备的稳定性、可靠性和耐久性。
在机械结构的设计过程中，有限元分析和优化设计是两个关键的步骤。
有限元分析可以用于预测机械结构在实际工作条件下的受力情况和变形情况，优化设计则可以通过调整机械结构的参数来改善其性能。
二、有限元分析有限元分析是一种数值计算方法，通过将实际的连续物体离散化为有限数量的小单元，再对每个小单元进行力学分析，最终得到整个结构的受力和变形情况。
有限元分析可以帮助工程师了解机械结构在不同工况下的强度、刚度和振动等特性。
1. 网格划分在有限元分析中，网格划分是最重要的步骤之一。
网格划分的好坏直接影响到有限元分析结果的准确性和计算效率。
一般来说，复杂的结构需要更加细致的网格划分，以捕捉到结构内部的应力集中区域和变形情况。
2. 材料特性与边界条件有限元分析需要提供材料的力学特性和结构的边界条件。
材料的力学特性包括弹性模量、泊松比、密度等，而结构的边界条件包括约束边界条件和加载边界条件。
这些参数的准确性对于有限元分析结果的正确性至关重要。
3. 结果分析有限元分析结果包括结构的应力、应变和变形等信息。
工程师可以通过对这些结果进行分析，了解结构的受力情况和挠度情况，进而评估结构的可靠性和安全性。
三、优化设计优化设计是指通过调整机械结构的参数，以达到提高其性能的目标。
在有限元分析的基础上，可以应用各种优化算法对机械结构进行参数优化。
1. 设计变量和约束条件在优化设计中，需要明确设计变量和约束条件。
设计变量可以是机械结构的几何参数、材料参数或者加载参数等，而约束条件可以是结构的应力、振动、变形等指标的上下限要求。
2. 优化算法选择优化算法根据不同的问题而选择。
常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
这些算法可以帮助工程师找到最优的设计解，以满足特定的性能要求。
3. 结果分析和验证优化设计的结果需要进行分析和验证。
复杂结构体的有限元分析与优化设计
复杂结构体的有限元分析与优化设计引言：在现代工程领域，复杂结构体的设计和分析是一个十分重要且具有挑战性的任务。
复杂结构体由许多不同的部件组成，其形状、功能和材料都各不相同，因此需要对其进行深入细致的分析和优化设计。
本文将介绍有限元分析在复杂结构体设计中的应用，并探讨其中的优化方法和挑战。
有限元分析在复杂结构体设计中的应用：有限元分析是一种常用的结构力学分析方法，通过将结构体离散化为有限数量的单元，再对每个单元进行力学计算，最终得到整个结构体的应力分布和变形情况。
在复杂结构体的分析中，有限元分析能够提供全面的力学信息，帮助工程师了解结构体在不同工况下的性能和响应。
在有限元分析中，结构体被分割成许多小单元，每个单元与周围的单元相互连接，并通过节点进行交互。
每个单元的材料特性、初始条件和加载情况都可以进行定义，从而模拟真实工况下的结构行为。
通过对节点间的位移和力的计算，可以得到结构体的应力和变形情况，进一步分析和评估结构体的性能。
优化设计在复杂结构体中的应用：复杂结构体的设计往往需要考虑多种因素，包括结构的强度、刚度、稳定性、材料和成本等。
优化设计是一种有效的方法，通过调整结构参数和变量，以最大化或最小化所需的设计目标函数，从而实现结构体的性能和效率的优化。
在复杂结构体的优化设计中，有限元分析通常作为一个重要工具来评估不同设计方案的性能。
通过对每个设计方案进行有限元分析，可以获得结构体的应力和变形情况，并与设计要求进行比较。
工程师可以通过调整结构参数和材料特性，以满足设计要求并优化结构体的性能。
挑战与应对：尽管有限元分析和优化设计在复杂结构体中具有广泛的应用，但仍然面临一些挑战。
首先，复杂结构体的几何形状和材料特性可能会非常复杂，导致分析计算的复杂性和计算量的增加。
工程师需要使用高性能计算资源和有效的算法来处理这些复杂性。
其次，复杂结构体的优化设计需要考虑多个相互关联的设计变量和约束，而这些变量和约束可能是非线性和非凸的。
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1阶 振型图
2阶 振型图
汽车车身结构与设计3多阶媒体振教型学系图统
4阶 振型图
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.3.4 有限元方法在汽车碰撞性分析中的应用
汽车碰撞模拟的模型
模型种类
主要用途
模拟汽车事故的模型 模拟结构大变形的模结构的生物力学 模型
汽车车身结构与设计多媒体教学系统
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.3 有限元法在车身结构分析中的应用
读入文件 CAD.HM
生成2D网络
建立载荷工况
设置求解器模板
生成3D网络
设置计算参数
几何清理 Geometry cleanup
清理模型
输出有限元计算文件
建立、输入材料参数
建立载荷参数
求解器
三维模型
Pro/E, UG， CATIA， Solid works
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
学习目标
1.了解有限元方法的基本理论； 2.了解车身结构有限元建模方法及简化方法； 3.掌握车身结构有限元分析方法； 4.学会车身结构优化设计的基本过程和方法。
学习要求
知识要点
能力要求
相关知识
有限元基本理 1.掌握有限元分析方法基本原理
论
2.掌握有限元方法的分析过程
有限元软件应用
车身有限元建 模方法及简化
1.掌握车身有限元的建模方法 2.掌握车身有限元建模的简化原 则
网格划分、载荷处理、 结构简化
车身结构优化 设计
掌握结构优化的设计原则
目标函数，参数优化
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计 7.1 有限元方法概述
汽车车身CAE的发展状况及有限元方法在车身设计中的应用
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
3.单元网格划分 1）ANSYS提供了3种网格划分的方法，它们分别是:自由网格划分、 对应网格划分、对应网格及自由网格混合划分。 2）为了进行分区域处理，将建立组件，以方便单元截面的指定和 后面的加载
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汽车车身结构与设计多媒体教学系统
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.1.3 有限元软件简介 1. 有限元理论简述 有限元法的基本思想是将一个实际的结构(弹性连续体)划分为有 限大小的，有限个数的单元组合体进行研究。 2.ANSYS简介 我国引进的几个主要有限元软件 :SAP程序系统 、 ADINDA/ADINT 、NASTRAN 、ANSYS程序系统 、ASKAT程 序系统 、GTSRUDL程序系统 等。
整车有限元模型
车身有限元模型及车身部件有限元模型
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例2】 客车车架的有限元建模
Pro/E环境下的客车车身骨架几何模型 ANSYS环境下的客车车身有限元模型
汽车车身结构与设计多媒体教学系统
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
汽车车身结构与设计多媒体教学系统
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
有限元软件设计流程框图
变量化草图
拉伸 旋转
扫描特征 元素特征
加形状特征 执行布尔操作
实体模型
非变量化曲线 修改、裁剪
自由形状特征（曲面）
变换
修改元素参数
修改特征参数
曲面模型 线框模型 修改实体模型
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生成Component
添加载荷
利用HyperMech进行后处理
有限元分析流程简图
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例分析】 1.建立车身骨架几何模型
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
2.几何模型的导入 通过“另存为…”保存为中间格式，即igs文件。用ANSYS命令GUI: File>Read Input From...读入该文件即可完成模型导入。
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.1.1 有限元方法的基本原理
有限元法是求解边值或初值问题，建立在待定场函数离散化基础上的 一种数值方法，有限元的基本思想是将连续体划分为有限数目的假想单元 （有限元），它们仅在结点处彼此相连接，用这些单元的集合模拟或逼近 原来的物体，化无限自由度问题为有限自由度，然后利用各单元内光滑但 在整个连续体内连续而且分段光滑的近似函数来分片逼近整个连续域上的 未知场函数，如应力场、位移场。有限元分析的基本概念是用较简单的问 题代替复杂问题后再求解。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例3】紧急转弯工况 转弯工况下客车最大变形产生在车 身后部，如图所示，其最大变形量 为21.108 mm。
转弯工况下的高应力区，主要分布在 后悬架部与左侧梁连接处，如图所示， 应力值为122MPa。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例4】紧急制动工况
制动工况下客车最大变形产 生在车身后部，如图所示， 其最大变形量为6.823 mm。
如图所示，车身骨架最大应 力值为121MPa.发生在后悬 架大纵梁与垂直加强板连接 处。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
汽车新产品设计规划
车身总布局设计 （三视图）
建立车身CAD模型
有限元
车身总布局设计 （三视图）
建立车身CAD模型
加工工艺设计 工程图绘制
车身开发CAE思路
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计 7.1 有限元方法概述
车身结构设计系统集成框图
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7.3.2 有限元法在车身强度和刚度分析中的应用 【案例1】水平弯曲工况
边界条件为: 约束前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ，从而释 放三个转动自由度ROTX,ROTY, ROTZ;约束后轮装配位置处节点 的垂直方向自由度UZ释放其它自由度。
右图为水平弯曲工况边 界加载示意图
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7.3.3 有限元方法在车身模态分析中的应用 模态分析主要用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性
(固有频率和振型) 。 骨架作为客车车身结构的基础，其振动特性的好坏对车身结构 乃至整车性能都有非常重要的影响，必须对客车进行模态分析。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例2】 扭转工况 边界条件为:
约束左(右)前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ,释放转动自由度 ROTX, ROTY,ROTZ;释放右(左)（右为Y正方向）前轮装配位置处节点的所有自由 度;约束后轮装配位置处节点的垂直方向自由度UZ，释放其它所有自由度 。
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
4. 最终有限元模型 车身骨架有限元模型 信息：
691个点； 1153条线； 3963个节点； 3616个beam单元； 连接处采用节点耦合。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
【案例1】白车身的有限元建模
白车身选用壳单元，以四边形单元为主，且尽量采用矩形单元，网格尽量 均匀，在过渡区可以使用三角形单元。
右图为极限扭转 工况边界加载示 意图
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
扭转工况结果分析 扭转工况下客车最大变形产生 在顶棚与右前部，如图所示， 其最大变形量为19.857 mm。
扭转工况下的高应力区，主要分 布在车身前部与前悬纵梁交汇处， 如图所示应力值为139MPa。
7.2 车身有限元模型的建立
7.2.1 车身建模的简化原则
1)结构简化 2)结点的简化 ３)单元类型的选取
单元类型
车身建模常用的有限单元类型
在车身上的应用举例
质量单元（Mass） 被省略部分的重量（如发动机、行李、乘员等）
梁（Beam） 弹簧（Spring）
承受弯曲载荷的细长结构、如底板下横梁、车架梁等、点焊、复合材料板的加强 筋
总之，有限元计算模型必须具有足够的准确性，要能反映车身的 实际结构。既要考虑实际结构与所建模型的一致性，又要考虑支撑 情况和边界约束条件的一致性，还要考虑载荷和实际情况的一致性。 同时，计算模型要具有良好的经济性。
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计 7.2 车身有限元模型的建立
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.3 有限元法在车身结构分析中的应用 汽车结构有限元分析的应用主要涉及以下内容 ： （1）可靠性:在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、
强度、稳定性以及疲劳寿命进行分析； （2）安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等； （3）经济性：研究结构优化及轻量化等； （4）舒适性：进行结构噪声振动分析等。
第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
7.1.4 有限元软件分析基本过程
1.前处理模块
几何建模 单元类型选择 网格划分 材料类型选择 载荷处理：集中载荷、分布载荷
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第7章 车身结构有限元建模分析及优化设计
2. 分析计算模块 (SOLUTION)
3.后处理模块 (POSTProcessor)