基于hypermesh的客车车体有限元分析

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基于hypermesh的汽车车身有限元建模方法研究

基于hypermesh的汽车车身有限元建模方法研究
肖凯锴;邵毅明;朱琳
【期刊名称】《客车技术》
【年(卷),期】2016(000)003
【摘要】基于某汽车车身有限元建模,首先将CATIA建立的汽车车身几何模型导入到hypermesh中,再利用hypermesh强大的前处理功能研究了几何清理、分特征2D网格划分、网格质量调整、不能抽取中面情况下的网格划分等主要问题.重点介绍了汽车车身的几种典型结构特征,根据不同的结构特征布置不同的网格,完成了汽车车身的较高质量的2D网格划分,同时提出一种hypermesh误操作后恢复的方法,为复杂的车身有限元建模思路提供了很好的参考.
【总页数】4页(P38-41)
【作者】肖凯锴;邵毅明;朱琳
【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院;重庆交通大学机电与汽车工程学院;重庆交通大学机电与汽车工程学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于HyperMesh的轻型专用校车车身结构有限元分析 [J], 韩荣娟;安金龙;李明;王贺军;戚亮
2.基于Catia、Hypermesh的某客车车身骨架的有限元建模研究 [J], 常海雷;张建;王栋;冯源;李海辉
3.基于Pro/E, HyperMesh的客车车身骨架的有限元建模 [J], 刚灵;尹明德
4.基于HyperMesh的半承载式客车车身结构有限元分析 [J], 李波;沈光烈;黄昶春;韦志林
5.基于Hypermesh的某履带车车身有限元分析及结构拓扑优化 [J], 张琼;孙全兆;刘国锋
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基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文

基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文基于HyperMesh的运输车车架有限元分析论文0 引言车架作为车辆重要的承载部分，运输车中多数零部件如：驾驶室，发动机，变速箱，车桥等通常都直接与车架相连接。

在运动过程中，车架还承受各零部件产生的各种力与力矩的影响，承载情况的复杂性要求车架必须有足够的刚度和强度来避免其主体发生变形或者断裂的现象，以保证其安全可靠性及使用寿命。

但是，在以往的设计过程中，设计人员大多采用经验公式进行计算，这种方法并不能精准的计算出车架各部件应力和形变。

本文采用HyperWorks软件对车架结构进行有限元分析，运用Radioss及OptiStuct求解器分析了车架的应力和位移形变分布状态及自由模态分析，利用分析结果验证该车架设计的合理性，对后续的结构优化提供理论依据。

1 车架的几何模型及有限元模型本文以某造船厂运输车车架为研究对象，该车架由型钢焊接而成，两根纵梁为矩形截面型钢，总长9440mm，大梁式，前后等宽，纵梁最大断面尺寸为360mm×140mm×20mm，横梁最大断面尺寸为300mm×140mm×20mm，前后端横梁为Π型槽钢，中间横梁为矩形截面型钢，横梁的长度为920mm。

实际中，车架的形状结构复杂，支撑装置和固定装置多种多样，除几何形体不规则外还存在许多倒圆角和圆孔，如果在建模的过程中将这些细微之处全部考虑在内，就会导致网格的密度很大，单元尺寸极小，节点方程的数量庞大，因而增加求解时间，同时局部的网格质量无法保证，容易导致求解失真。

因此，有必要对车架的结构进行合理的简化，建立合理有效的模型，从而减少分析过程中的计算量，提高计算效率。

运用Pro/E三维建模软件对简化处理后的车架结构进行实体建模，为了避免部分零件出现几何缺陷或数据丢失的情况，我们通常将Pro/E 中建立的模型保存为.iges格式文件，把该格式文件直接导入HyperMesh中进行后续的网格划分。

基于Hypermesh的汽车驱动桥壳有限元分析与疲劳寿命预测

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｝ｗｔｅＭＳ．ａｔｎａｅｓｌｒｗｉｈｒｓｈｎｉａａｔｅｄｉｅａｌｈｕｉｇｓｅｇｈａｄｓｆｓｉｔＣＮｓａｔｏｖ，ｈｃｅｕｓｉｄｃｅｔｔｈｒｅｏｎｒｎｔｉｎｓ｛ｈｈｒｓｈｅｔｈｖｘｓｔｎｔｅ
ＹＡＮＧｉｉｇ，ＡＮＧａ－ｍｏ，Ｚｈ—ｑｎ１ＷＬｉｎｇ１ＲＯＮＧ —ｓｎ２ＷＡＮＧｏｉ，ＯＮＧａ－ｌｎＲｕｏｇ，Ｇｕ－ｌＳｎ２Ｈｕｉａ
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｝ｄ —ｂｈｔｉａｔｇｓｉｇｖｎｏｈｒ，：｛ｆｔｅｍｘｈｈ。ｈｄｉ—ｕａｔｎｎｔｉｏ厂ｕｄｅｎｅｕｌｕｙｌｈ一ａｔａｅｎｔｉｌｅ。６ｅｈｒａｈ￡Ｎｉｔ。ｇｉｈｄｃｓｓｕｔｓｔｓｘｓＳｄｅｕｇｚｉｕｓｅｅｏａｎｉｅｎｅｒｈｅｌｕｇｔＱｌｒｂｉｅｃｅｓｉｅ。ｌｒｅｕｎ舭ｔｂｌｅｅｇｅｅｓｘ
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HyperWorks 在汽车零部件有限元分析中的应用

HyperWorks 在汽车零部件有限元分析中的应用1 概述随着计算机辅助设计和制造技术的日趋成熟，设计人员迫切需要一种能对所做的设计进行快速、精确评价分析的工具，而不再仅仅依靠以往积累的经验和知识去估计。

Altair 公司HyperWorks 软件正是这样一个有效的工具。

他能与常用的CAD 软件相集成，实现"设计－校核－再设计"的功能，可以轻松的直接从CAD 软件中读取几何文件，并将最终的仿真计算结果反馈到CAD 几何模型的设计中。

同时由于有限元计算的高精度，可以减少试验次数，大大降低产品开发成本，缩短产品开发周期，提高产品设计质量。

本文通过两个案例，阐述了如何利用HyperWorks 软件简化边界条件及计算复杂结构的强度，并通过与理论解的对比，验证HyperWorks 软件在有限元计算方面的准确性。

2 案例一：摩擦片从动盘的强度计算由于摩擦片的形状比较特殊，九个叶片和内部八根加强筋呈同心圆分布，本案例介绍了如何灵活使用简化方法划分有限元网格及简化加载。

摩擦片从动盘的几何模型如图 1 所示。

2.1 摩擦片从动盘有限元模型的建立由上述图1 可见，摩擦片从动盘的九个叶片和八根加强筋呈同心圆分布，因此在划分此摩擦片从动盘有限元模型时可以将划分过程分成两部分：内圈加强筋部分和叶片部分，在接合部分进行局部修改缝合。

首先可以将内圈几何模型分成八部分，叶片分成九部分，分别选取其中的一片进行网格划分，如图2 所示。

再使用HyperMesh 的旋转功能Rotate 划分出整个网格，最后进行局部缝合，这样，整个摩擦片从动盘的2D 网格就完成了，继续使用3D 中的拉伸功能，完整的三维网格就建立成功了，如图 3 所示。

2.2 材料和边界条件该摩擦片从动盘采用QT450 制成，其材料参数如表1 所示。

模型的强度不仅与模型的建立有关，还和模型边界条件的定义有密切关系。

上述摩擦片在运行过程中靠外围的九个叶片的相互摩擦来其到制动作用。

基于HyperMesh的某车辆回转体复杂结构的有限元分析

ＳＥＮＣＩＣＥ＆１ＥＣＨＮＯＬＯＯＹＮＩＦＯＲＭＡＩｆＯＮ
基于Ｈｙｒｓｐｅｅｈ的某车辆回转体复杂结构的有篙 ■ Ｍ限元分析
奚文娜（河海大学常州校区机电工程学院江苏常州２０２１２）３摘要：ｐｒｓＨｙｅＭｅｈ是世界领先的针对有限元主漉求解嚣的高性能前后处理软件，可以进行快速有限元建模。本文基于ＨｙｅＭｅｈ软件ｐｒｓ建立了某车辆回转体复杂结构的有限元模型，分析了关键部位在不同工况下的力学性能。其关键词：ｙｅＭｓ有限元Ｈｐｒｅｈ中图分类号：ｌＴｉ９一３文献标识码：Ａ文章编号：６２３９（０８］（）０４－１１７－７１２０）２ｂ－０２０ＨｙｅＭｅｈ是世界领先的针对有限元ｐｒｓ主流求解器的高性能前后处理软件，它提供了交互化建模功能和广泛的ＣＡＤ和ＣＡＥ软件接口，应用ＨｙｅＭｅｈ可以进行快速有ｐｒｓ限元建模。某车辆的回转体是其功能结构的重要组成部分，文基于ＨｙｅＭｅｈ软本ｐｒｓ件，对某车辆的回转体复杂结构，合考针综虑与之相连结构的影响，整体上进行了有从限元分析。
幡一幢 —
工程技术
网格的优劣对整个结构分析的有效性和可对回转体建立有限元模型如图ｌ所示。靠性具有全局性的影响。网格的类型及疏密同样取决于分析的目的与精度要求。２有限元模型的约束和载荷的施加在对模型进行网格划分时，注意以应回转体底部和回转支撑座的转动部分下几点。通过螺钉固定，模型上对回转体底部螺在（）１自动划分和人工干预相结合，循钉所在圆周加约束，遵限制节点ＸＹＺ三个方计算精度和计算耗费的平衡原则，高分向的位移和转动。二维壳体单元和三维实提网效率。体单元的连接利用ＨｙｅＭｅｈ中提供的刚ｐｒｓ（）步分网及时检查单元质量，时性单元ＲＢＥ２２每及。在回转体的六个耳轴处建修正，免计算结果出现大的误差。以立刚性单元，拟螺栓连接。模（）限元网格与结合几何特征的协调３有１回转体的网格划分根据设计要求，回转体尾部的左右耳轴网格划分是有限元前处理中的主要工性。处垂直位移为设计关键，所以，以这两处所受某车辆的回转体形状不规则，体结载荷为基准，整作，是整个有限元分析效果的关键所在。也选取不同工况。在ＨｙｅＭｅｈｐｒｓ构复杂，因此手工六面体网格很难划分，而中，建立两个ｌａｓｐ载荷步）对两个工况进ｏｄｔ（ｅ，由ＨｙｅＭｅｈ软件自动划分的四面体网格行静力分析。ｐｒｓ将会降低求解精度，增加计算时长。因且为回转体大部分都由板件焊接而成，以，３有限元分析计算结果所在ＨｙｅＭｅｈ软件中建立其面模型，用ｐｒｓ采对建立的回转体的有限元模型，加施自适应自动网格划分和手工划分相结合的了上述约束和载荷以后，进行静力分析，得方法建立回转体有限元模型。生成网格的到如下结果。单元类型为ｍｉｅｘｄ型，元ｃｒｉｇ单ａｄｍａｅ的选（）１在工况ｌ回转体的最大位移分布在，择为ＰＳＨＥＬＬ，为壳单元，元总数为回转体的左耳轴部位，处耳轴中心位移值即单该２４７个，度符合要求。材料为Ｑ２５，３１精３弹为２３８．３ｍｍ，直方向位移值为２２１垂．３ｍｍ；性模量为２．Ｅ＋０ＭＰａ泊松比为０．，０５，３密应力最大值为１７ａ９ＭＰ。图１回转体整体有限元模型度为７．２＋０ｋ／。８Ｅ３ｇｍ（）工况２回转体的最大位移分布在２在，回转体的右耳轴部位，该处耳轴中心位移值为２０５．５ｍｍ，垂直方向位移值为１９８．５ｍｍ；应力最大值为ｌ２９ＭＰａ。

公路客车中段侧翻有限元分析与结构优化

1引言近年来，客车安全事故频发，客车的安全性能日益受到各大生产厂家和客户的重视。

据统计分析在各种客车交通事故中，侧翻是伤亡率最高的形式之一，常常造成群死群伤的结果。

因此，对大型客车的侧翻安全性能进行分析研究，提高其抗侧翻能力，具有重要的现实意义。

车身骨架中段结构是客车车身结构的基本组成单元之一，在侧翻实验认证中是最危险的结构单元，因此在整车开发初期的结构方案阶段，需要对该结构进行充分的分析与优化设计，使之满足侧翻法规要求，在设计阶段完成对结构优化。

本文依据国内GB17578-1998及欧盟关于客车侧翻安全性的ECER66-00法规，对某12m大型全承载客车中段进行CAE建模和方案对比分析，在此基础上调整优化结构，以满足侧翻认证要求。

2GB17578－1998侧翻结构的探讨和仿真分析本次分析选取某12m大型全承载客车中段，经车型分析得到该分段吸收能量占整车的23%，故以整车整备重量为14t 进行计算，该中段配重为3.2t，重心高度根据实测为1440mm 距离地面；若配置人的一半的重量则按照34kg/人进行配重。

2.1材料属性本项目所研究客车的骨架结构方钢采用20#、Q235、Q345钢及W510L(单位选：t-s-mm-MPa)，下表为所用方钢的材料特性。

表1方钢材料属性材料密度t/mm泊松比弹性模量MPa屈服极限MPa强度极限MPa 20#钢Q235钢Q345钢W510L7.85e-97.8e-97.8e-97.8e-90.30.30.30.3206000210000210000210000245235345355410375470510 2.2方案对比分析结合目前国内外常用客车车身结构，选取其中4种典型结构方案根据GB17578-1998进行对比分析，而后从中选择最佳方案。

2.2.1方案A分析说明：整体式腰梁，侧围上边框断开，顶盖加小斜撑，窗立公路客车中段侧翻有限元分析与结构优化The Finite Element Analysis and Structural Optimum of Middle Section Rollover ofCoach范春海（石家庄中博汽车有限公司，石家庄，050800）FAN Chun-hai(ShijiazhuangZhongboAutomobileCo.Ltd.,Shijiazhuang050800,China)【摘要】采用HYPERMESH有限元软件建立了某大型客车中段的有限元模型，并利用LS-DYNA软件进行模拟分析。

基于HyperMesh的半承载式客车车身结构有限元分析

中囝分类号：Ｕ４６３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－０１３４（２０１３）０６（下）－ｏｏｏ５－ｏ３
Ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．１ｓｓｎ．１００９－０１３４．２０１３．０６（下）．Ｏ２
２载荷处理与工况选择
２．１载荷处理
该客车车身主要承受以下载荷作用：１）车身骨架自身质量，可以由软件根据设定
的材料密度自动算出。
２）乘客（包括座椅、地板及随身行李）质量
２２２７Ｋｇ，前挡风窗玻璃质量５０Ｋｇ，按照实际布置位置以均布载荷的方式施加到对应位置的单元上。
Ｉ
结构在实际工况下的应力和变形情况，本文主要
匐似
极限为１６０ＭＰａ【９】，屈服极限为２３５ＭＰａ，为保证结构具有一定的安全裕度，根据相关企业规范，取动载系数１．５，安全系数１．３，根据以上应力结果可知，弯曲工况和扭转工况应力均超过了材料的许
李波，沈光烈，黄昶春，韦志林
ＬＩＢｏ，ＳＨＥＮＧｕａｎｇ — ｌｉｅ，ＨＵＡＮＧＣｈａｎｇ．ｃｈｕｎ，ＷＥｌＺｈｉ．１ｉｎ
（广西工学院汽车工程研究所，柳州５４５００６）摘要：利用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件建立某半承载式客车车身有限元模型，计算车身结构在弯曲和扭转工况下的应力分布和变形情况，分析结构的强度和刚度，并提出改进方案，为原车身的改进提供理论依据。关键词：客车；半承载式车身；有限元；强度分析；刚度分析

悬架整车性能Hypermesh有限元分析仿真试验指导书1

悬架整车性能Hypermesh有限元分析仿真试验指导书吉林大学汽车实验室编写：李静2013年10月一、实验目的(1)掌握应用有限元仿真方法分析悬架零部件的方法。

(2)了解有限元的基本思想，通过转向节强度分析实验，掌握有限元分析基本步骤。

(3)熟悉HyperMesh软件的面板，掌握HyperMesh10.0菜单布局结构，学习使用各类菜单操作。

二、实验用仪器设备及软件HyperMesh10.0能完成Hypermesh建模及计算的笔记本电脑或台式机。

三、操作步骤1．打开hypermesh,在User Profiles 窗口选择Nastran选项图1 选择求解器2．导入模型,如图2所示,三中方式任选其一:a.File >Openb.File >Importc.单击工具栏上的Import按钮单击主菜单栏上方工具栏的按钮,使模型以带表面和边框的形式显示(图3):图2 导入CAD模型图3 改变显示方式3．删除实体单击快捷键F2(删除),出现如图4所示面板,单击左上角的倒三角符号,在出现的面板图4 删除面板中选择solids, 若当前面板没有solids选项,则单击左右换页键如图5所示:图5 选择实体接下来左键单击黄色的solids选框,出现如图6所示面板,选择all或者displayed,这时整个实体模型被选中,单击主面板右上角delete entity按钮,删除实体。

图6 选中全部实体4．几何清理单击快捷键F11(快速几何编辑)，出现如图7所示快速编辑面板，使用相关功能对转向节进行快速清理编辑，如添加、删除点，合并边，压缩边等，编辑完成后点击return。

图7快速几何编辑面板清除倒角选择Geom页面菜单，在Geom面板上选择defeature，出现如图8所示面板，选择surf fillets，将min radius改为0.1，max radius改为3，单击find，出现如图9所示面板，图8 defeature面板单击surfs选框，确保其出于选中状态（高亮），然后再单击转向节上需要去除的倒角面，再点击remove如图10所示图9 倒角清除面板消除前消除后图10 消除倒角自动清理在页面菜单栏,单击Geom,进入Geom面板,单击autocleanup,如图11所示图10 选择autocleanup在autocleanup面板(如图12),单击surfs选框,在他不出的面板中选择all,单击Topology cleanup parameters下方切换按钮,切换成use current parameters,单击edit parameters,出现parameters File Editor 面板,将Target element size设置为3(如图13),单击OK返回autocleanup面板图12 autocleanup面板图13 parameters File Editor单击Elements quality criteria下方切换按钮,切换成use current criteria,单击edit criteria(如图12),出现Criteria File Editor面板,将Target element size设置为3,Min Size设置为1, Max Size 设置为6(如图14), 单击OK返回autocleanup面板,单击右上角autocleanup进行自动清理。

基于HyperWorks的车身地板的有限元分析

基于HyperWorks的车身地板的有限元分析1 前言在汽车三大总成之中，汽车车身代表着汽车开发的水平，在汽车开发中占有主体地位。

由于在车辆行驶过程中，车身结构会在各种振源的激励下产生振动，若这些振源的激励频率接近了车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。

因此，为了提高汽车的安全性、稳定性和舒适性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，并可以通过对其结构的设计来避开各种振源的激励。

文中就是采用有限元分析的方法，对某车型的车身地板进行模态分析，分析其固有频率及振型，为实际生产提供参考依据。

2 车身地板有限元模型的建立车身地板是典型的凹凸槽板结构，而对其的模拟建模有两种方法，一是按凹凸槽的真实形状建模；二是按照文献中提到的方法，即用在凹凸槽处加加强梁的平板结构来模拟，使加强梁的截面参数与实际结构相一致，文中原始模型采用第一种方法。

2.1建模2.1.1平面问题及薄板弯曲车身地板的CAD模型是在Catia软件里创建完成的。

车身的大部分零件是薄板冲压件，板材的厚度h远小于其平面尺寸。

薄板的变形与载荷的作用方式有关，当载荷平行于中面（平分薄板厚度的平面）且沿厚度方向不变，可认为是平面应力问题；若载荷垂直于中面，则将引起薄板的弯曲变形。

以薄板的中面为x-y平面，垂直于中面的轴为z轴。

在平面应力问题中只有平行于x-y平面的三个应力分量：这三个分量沿厚度h不变，它们只是x和y的函数，与坐标z无关，而其余分量为零。

平面应力的物理方程为：薄板弯曲变形后，中面由平面变成曲面，称为弹性曲面。

中面内各点在垂直于中面的方向的位移w称为挠度。

当w远小于厚度t时，即满足时，可以认为中面无线应变也无角应变，此时称为薄板弯曲的小挠度问题。

若挠度w接近厚度t的量级，就不能再认为弹性曲面内纤维的长度不变，问题将变为非线性的，这种情况称为薄板弯曲的大挠度问题。

工程中的大部分问题是将薄板的弯曲视为小挠度问题，这样可使问题大大简化。

基于Pro_E_HyperMesh的客车车身骨架的有限元建模

http ：∥ZZHD．chinajournal．net．cnE-mail ：ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化》作者简介：刚灵（1986—），女，黑龙江佳木斯人，南京航空航天大学硕士研究生，研究方向为机械设计及理论。

基于Pro /E ，HyperMesh 的客车车身骨架的有限元建模刚灵，尹明德（南京航空航天大学，江苏南京210016）摘要：应用Pro /E 的参数化几何建模功能与HyperMesh 强大的有限元前处理功能提出了快速建立车身骨架有限元模型的方法。

对某一车型介绍了其车身骨架的有限元模型的建立过程，为其他各类汽车骨架的有限元模型建立提供了参考。

关键词：Pro /E ；HyperMesh ；车身；有限元；建模中图分类号：TH12；TB115文献标志码：B文章编号：1671-5276（2010）04-0088-03Passenger Car Body Skeleton Finite Element Modeling Based on Pro /E ，HyperMeshGANG Ling ，YIN Ming-de（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ）Abstract ：This paper introduces the method that the parametric geometric modeling capabilities of Pro /E and powerful finite elementpre-processing capabilities of HyperMesh are used to quickly build the car body skeleton finite element model and illustrates the es-tablishing process of finite element model for a passenger car body skeleton．This method provides a reference for other types of ve-hicle finite element modeling．Key words ：Pro /E ；HyperMesh ；car body ；finite element ；modeling0引言随着计算机技术的快速发展，国外许多大汽车公司建立了高性能的车身计算机辅助工程系统，形成了完整的设计、分析方法与试验程序。

有限元分析在客车轻量化设计中的应用

客３４第５期
车

技
术
与
研
究
ＢＵＳ＆ＣｏＡＣＨＴＥＣＨＮ０ＬｏＧＹＡＮＤＲＥＳＥＡＲＣＨ
有限元分析在客车轻量化设计中的应用
苏亮－－，黄登峰ｚ，吴长风
（１．华侨大学机电及自动化学院，福建厦门３６１０２１；２．厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门３６１０２３）
摘要：采用ＨＹＰＥＲＭＥＳＨ软件建立某大型公路客车的有限元模型，对整车结构使用ＯＰＴＩＳＴＲＵＣＴ软件进
行有限元分析。依据分析结果，在保证整车结构运行刚度和强度的情况下，对整车结构进行轻量化设计。最后对轻量化结构进行侧翻分析和优化设计．以保证整车上部结构强度的侧翻安全性。
ｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇＯＶＦＩＳＴＲＵＣＴｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｔｈｅｃｏａｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＢａｓｅｄＯ１３ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｇｕａｒａｎｔｙｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｒｏｌｌｏｖｅｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｔｏｔｈｅｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｕｃｒｔｕｒｅａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｒｏｌｌｏｖｅｒｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｒｆｔｈｅｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏａｃｈｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅｃｏａｃｈ；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎ；ｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

基于Hyperworks的纯电动客车全承载式车身有限元模型建立

基于Hyperworks的纯电动客车全承载式车身有限元模型建立对于以前传统的非新能源汽车来说一般，整备质量越大，油耗越高。

同样对于纯电动客车而言，整备质量越大，耗电量则越高，当电池电量一定时，行驶里程会越短。

在纯电动客车上，车身骨架的质量占整车总质量的相对较大，如果可以减少车架的质量，电动客车的行驶能力会有所提升。

如何对纯电动客车进行减重，需要有限元分析的理论依据和数据支持。

通过有限元软件对全承载式车身结构分析得出结果准确性较高，是客车研发过程中的重要手段之一。

标签：纯电动客车；全承载式车身；有限元分析对纯电动客车建立有限元模型的最终目的是要尽可能地还原原实物特征，考虑影响有限元分析结果的主要因素，忽略次要因素，提高建模效率和建模质量，本文建立纯电动客车全承载式车身几何模型的过程中进行了适当的简化。

（1）忽略蒙皮结构。

尽管车身的蒙皮会对全承载式车身有加强作用，可是对于整车所受应力影响不大。

（2）忽略全承载式车身结构中的重量较小、不受载荷的小部件，例如前保险杠、电机水箱支架、制动器踏板支架等。

（3）对于表面上的孔和凹凸部分，可以适当简化表面截面形状，尽量逼近实体模型，使结果的精确性保持准确。

（4）忽略全承載式车身结构中的倒角、圆角各类工艺孔、安装孔，因为相对全承载式车身，这些小孔圆角对整车应力影响甚微，可以忽略。

根据企业提供的纯电动客车车架实际的整车参数表、CAD二维图纸及其他相关数据，在CATIA中进行建立三维模型。

一、建立纯电动客车全承载式车身有限元模型（一）网格划分建立的Catia几何模型导入Hyperworks，几何清理过后进行网格单元划分，单元类型为PSHELL。

本文纯电动客车全承载式车身有限元模型中网格单元大小为15mm，小部分网格单元大小为10mm。

最终全承载式车身经过网格划分，四边形单元个数482788，三角形单元个数3852，共计486640个单元。

在质量检查过后，调整优化不合格单元，最终使所有单元全部满足要求。

HyperWorks在汽车零部件有限元分析中的应用

Altair 公司HyperWorks 软件正是这样一个有效的工具。

同时由于有限元计算的高精度，可以减少试验次数，大大降低产品开发成本，缩短产品开发周期，提高产品设计质量。

摩擦片从动盘的几何模型如图 1 所示。

2.1 摩擦片从动盘有限元模型的建立由上述图 1 可见，摩擦片从动盘的九个叶片和八根加强筋呈同心圆分布，因此在划分此摩擦片从动盘有限元模型时可以将划分过程分成两部分：内圈加强筋部分和叶片部分，在接合部分进行局部修改缝合。

首先可以将内圈几何模型分成八部分，叶片分成九部分，分别选取其中的一片进行网格划分，如图 2 所示。

2.2 材料和边界条件该摩擦片从动盘采用QT450 制成，其材料参数如表 1 所示。

模型的强度不仅与模型的建立有关，还和模型边界条件的定义有密切关系。

上述摩擦片在运行过程中靠外围的九个叶片的相互摩擦来其到制动作用。

基于hyperworks的某客车车身结构有限元分析

ＺｈｅｎｇＹｉｆａｎｇ，ＸｉａｏＧｕａｎｇｐｅｎｇ，ＬｉＨａｉｈｕｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｏｆＣｈａｎｇ ’ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａａｎｘｉＸｉ ’ ａｎ７１００６４）
车身骨架进行综合评估，为改进车身结构的设计提
供比较可靠的依据。
作者简介：郑羿方，硕士研究生，就读于长安大学，研究方
向：汽车ＣＡＥ技术，车辆安全。
些影响网格划分质量的结构尺寸进行微调。建模中不考虑车身蒙皮的影响，并简化安装的螺栓孔位，
以满足后续网格划分质量的要求。建立的三维模型
摘要：以某６１２０大客车为模型，通过建立客车车身的有限元模型，采用ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ软件，Ｒａｄｉｏｓｓ
求解器求解。对客车在不同极限工况下的受力情况进行分析，为客车车身的后续改进提供指导。关键词：车辆工程；大客车；ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ／Ｒａｄｉｏｓｓ；有限元分析
ｅｘｔｒｅｍｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｃｅｒｔａｉｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍｏｄｉｉｃｆａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｂｕｓ．
限工况下的强度刚度，根据仿真分析结果对该客车
客车选用ＩＶＥＣＯＣ９．３４０发动机，具体技术参

基于HYPERWORKS的某客车车架有限元分析

建议，为车架的优化设计和车架结构的改进提供了非常重要的理论依据。关键词：ＹＥＷＯＫＩＨＰＲＲＳ，车架；静力分析
【ｂｔｃ】ＦａｅｉｏｅｏｕｍｂｅＳｍｓｉｐｒｎｂｓｏｐｎｎ，ｈｃｅｄｓｆｉｔＡｓａｔｒｓｎｆａｔｏｉ ’ ｏｔｍｏａｔａｉｃｍｏｅｔｉｎｅｓｕｃｎｒｍｏｌｔｃｗｈｆｅｉ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
况；满载扭转工况为垂直载荷和侧向载荷的组合工况；紧急制动工
况为垂直载荷和纵向载荷共同作用的组合工况；紧急转弯工况为垂直载荷、纵向载荷和侧向载荷共同作用的组合工况。其中，弯曲载荷主要是由车身、车载设备、乘客和货物等的质
弯曲工况下汽车四轮均着地；扭转载荷产生效，就需要对产品设计进行修改，至重新设计，甚如此反复，直到量在重力作用下产生，于路面不平度对车身造成的非对称支承，作为对比计算，可以用静产品在实物实验中满足全部要求为止。随着计算机软硬件技术的即—个前轮悬空的极限状态或一轮骑障的情况发展，ＡＥ技术的日益成熟，Ｃ各种数值仿真方法，如有限元、多体态最大可能的扭矩，侧向载荷主要是由汽车转向时的离心力作用而产生的；向纵动力学、计算流体力学等技术，品设计中得到大量的应用。在产产模拟；制动时的惯『力的作用而产生的。生品在完成初步设计后，可以基于ＣＤ模型进行产品性能的虚拟载荷则是由于汽车在加速、Ａ实验，初步检验其工作应力、运动过程、产品寿命等。如果产品不能满足要求，可以立即返回给设计人员进行修改或重新设计，从

9.HyperMesh在轨道客车设计中的应用

HyperMesh在轨道客车设计中的应用刘春艳长春轨道客车股份有限公司HyperMesh在轨道客车设计中的应用Application in Railway Vehicles of Design ofHyperMesh刘春艳(长春轨道客车股份有限公司技术管理部)摘要:本文以某出口南亚的轨道客车在设计阶段的静强度分析及结构优化为例，来阐述有限元分析软件HyperMesh软件在轨道客车设计中的应用，着重介绍了应用HyperMesh在轨道客车设计中的建模流程与几点注意问题。

关键词:有限元分析轨道客车静强度 HyperMeshAbstract：Taking the static strength analysis of the railway vehicles exported to South Asia during the designing phase for example, in this article, in order to illuminate the application of the HyperMesh in the designing phase of the railway vehicles, and the modeling process and several noticeable questions about that are expounded.Key words: Finite element analysis railway vehicles static strength HyperMesh1、前言仿真技术的飞速发展，为产品在产前进行风险技术性评估，保证设计质量、提高产品设计水平提供了广阔的舞台。

而有限元分析已经成为机械类产品仿真分析的关键手段。

通过应用有限元分析，在生产制造前的设计阶段，运用现代技术充分反映设计结构特点，利用计算机通过工程分析软件快速有效地模拟、揭示产品在各种工况下的状态，可以使设计者及时进行结构优化，提高产品安全性和结构合理性，从而达到先天保证产品质量、降低制造成本及后续维护成本的目的，为企业带来更大的效益。

基于Hyperworks的客车建模及侧翻分析

基于Hyperworks的客车建模及侧翻分析火进梁耕龙张国滨北京汽车新能源汽车有限公司北京 102606摘要: 首先通过HyperMesh建立了客车的有限元分析模型,然后应用OptiStruct进行了多工况下的强度和刚度分析；并在HyperWorks提供的模板下进行了侧翻模型设置；分析计算结果表明,该款大客车骨架及上部结构强度、刚度均满足国标要求;分析过程也充分体现HyperWorks在汽车设计中能够提供高效解决方案的功能。

关键词：HyperMesh，OptiStruct，客车，侧翻0 概述客车作为最主要的交通运输工具之一,其结构强度刚度是否满足安全需要一直是人们关注的焦点；客车由于制造成本高,价格昂贵,所以用实车做物理试验相比轿车需要更高的成本和更长的周期,从而,在客车设计过程中CAE技术的应用就优势更加凸现。

1 有限元建模客车结构多采用异性钢管和薄壁板壳结构焊接而成，所以在建模过程中主体结构采用四边形网格，此外，部分底盘结构采用了带有不同截面属性的梁单元来模拟，以提高计算效率。

共有单元674,056个,其中壳体单元640,545个；带有截面属性的梁单元192个；模型如图一所示。

2 模型设置2.1材料特性定义HyperWorks具有非常友好的用户界面，从网格划分到模型设置均为用户提供了便利，可以很方便地直接选择材料类型并将参数输入。

以普通弹性钢材料为例，输入格式如下：2.2属性定义单元属性的定义也有着丰富的类型可供选择，以壳体单元为例：可供选择的单元类型如下：其中客车板壳件模拟用壳体单元类型，选用2D即可。

打开编辑选项后,定义板壳厚度即可。

2.3连接方式由于客车结构的特殊性，在建模过程中，焊接接头的处理和近似方法就显得很重要；通常采用节点匹配模拟接头连接、rigids单元模拟并管焊缝，用CBEAM单元模拟普通螺栓连接等。

图2：焊接接头简化方法2.4载荷工况定义为校核客车骨架强度刚度，应用Optistruct进行了四工况下的静力分析；为考察客车上部结构强度，应用Hyperworks提供的强大接口和友好界面，设置了第三方求解器求解模型，以考察客车在发生侧翻时生存空间是否被侵入。

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基于Hypermesh的客车车身有限元分析沈兵，靳春宁，胡平大连理工大学汽车工程学院，大连（116024）E-mail：279987329@摘要：有限元方法和理论对现代车身设计具有重要的实际意义。

综合现有的建模方案，提出了用壳单元建立有限元模型的方法；针对三种工况，应用有限元软件Hypermesh对模型进行后处理，找出了应力、位移分布情况；对轻量化设计提供了可靠的依据。

关键词：客车车身；壳单元；有限元分析中图分类号TG404；TH114；TB1151. 引言当前国内对客车车身的有限元建模方法大致有三种，即采用梁单元、壳单元和体单元。

采用梁单元可使计算量大大降低，但由于简化太多，导致一些关键受力截面无法正确表达，使得可信度不高，很难起到指导作用。

采用体单元构建的客车骨架跟现实情况很接近，但建模时间太长，不宜采用。

而壳单元弥补了梁单元与体单元的不足，是比较理想的建模方法。

本文正是采用壳单元构建了客车车身模型，并按照实际使用条件进行车载负荷计算，对车体进行结构分析。

2.模型的建立目前UG具有强大的曲面造型功能，在航空和汽车行业应用非常广泛；而Hypermesh 是世界上领先的有限元前后处理软件，它与UG等许多软件都有良好的接口。

本文采用UG 对客车车身进行何造型设计，然后在Hypermesh中进行网格划分以及前后处理工作。

车架的实际工况复杂多变，建立有限元模型时对CAD模型的简化是十分必要的。

其原则是：最大限度地保留零件的主要力学特征；将小面合并成大面，并且相邻面应共用一条轮廓线，以保证各个面上划分出来的网格在边界处是共用节点，避免在边界处出现节点错开的现象。

具体的简化如下：（1）忽略非承载件。

有些部件（如保险杠、踏板支架等）是为了满足构造或使用上的要求而设置的，对于分析车身模态影响很小，这里将其忽略掉。

（2）忽略蒙皮、玻璃等附件。

（3）忽略圆角以及梁截面形状的简化。

考虑到圆角对网格计算的来说比较费时，将模型中的圆角忽略掉；本文中梁简化成矩形钢和槽型钢。

图1圆角的忽略（4）相邻节点的合并。

在进行网格划分时把小于一定距离的节点合并，以减小方程的阶数，改善刚度矩阵的状态和减少数字敏感的可能性。

图2 某客车车身骨架有限元模型3. 工况分析客车在实际行驶中，作用在车架上的载荷变化是很大的，其受力是也很复杂的，如弯曲、扭转、制动、转向、单边牵引等。

[1]从实践经验看，其中对车身强度影响最大的就是弯曲、扭转和制动三个工况。

其它工况对车身强度和使用寿命的影响程度相对较小。

对车架进行静力分析的目的是为了计算其在最大载荷作用下的变形与应力，以便进行强度和刚度的校核。

因此，应对车架可能承受的最大载荷进行分析，本文采用 3 种不同工况进行了计算分析。

3.1 弯曲工况客车在静止时，车架只承受弹簧以上部分的载荷，它是由车架、车身的自身重量、装在车架上各总成与附近的质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。

汽车在平坦道路上以较高车速行驶时，路面的反作用力使车架承受对称的垂直载荷，它使车架产生弯曲变形，其大小取决于作用在车架上各处的载荷。

弯曲变形是衡量客车车身承载度的一个重要评价方法，用弯曲刚度来表示。

所谓弯曲刚度是指车身在垂直下的纵向张力，其表示式为：[2]222()6W a x L a x EI ly−−=i i (1)其中，W ：集中载荷；L ：轴距；x ：支点到测点的距离；y ：挠度；a ：支点到加载点的距离。

车身应当有足够的弯曲刚度，以保证汽车在行驶时车身的整体变形最小和各部件的相对位置基本保持不变。

根据载荷（包括动力总成，乘客及其他）在客车上的实际分布位置，将其分别施加到有限元模型相应的节点上。

约束具体情况是：约束右前悬架支撑点的三个方向的移动自由度，约束左前悬架支撑点的X 、Z 方向的移动自由度，约束右后悬架支撑点的Y 、Z 方向的移动自由度，约束左后悬架支撑点的Z 方向移动自由度。

图3 弯曲工况约束条件3.2 扭转工况汽车在凸凹不平的路面的行驶时，汽车的4个车轮可能不在同一平面内，从而使车架连同车身一起倾斜，这种工况使车架承受斜对称载荷，它使车架产生扭转变形。

扭转刚度是反映车身抵抗扭转变形的主要参数，扭转刚度的计算方法如下：[3](2)T LK θ=Δi 其中，T ：作用在车身上的扭矩；L ：轴距；△θ：前后轴中心线对应处的相对扭转角。

本文分别考虑右后轮、右前轮被抬高时车身的扭转变形。

加载同弯曲工况，约束需要分别释放右后、右前悬架支撑点的约束。

3.3 制动工况假设汽车以80km/h 的速度行驶在普通沥青路面上（附着系数φ＝0.75），制动时前后车轮同时抱死。

由于本例车架模型并不包括车轮，所以需要对车架模型进行等效处理。

下图是车轮与板簧的受力示意图：图4 车轮与板簧受力示意图地面制动力是以制动力矩的形式施加在车轮上的，而车轮又由吊耳销传递给车身。

此时车轮对车身的作用力可由地面制动力与相应簧下质量惯性力之差（F ）表示；车轮对车身的作用力矩可以由F 对车轮的力矩与前后吊耳销的附加作用力（F △）构成的力矩之和表示。

[4]用公式表达为：(3)Xb dF F F =− (4)Xb F RF S Δ=i (5)Xb F R F h F S=+Δi i i 其中，F Xb ：地面制动力；F d ：制动时簧下质量惯性力；R ：车轮半径；S ：前后吊耳销间距；h ：吊耳销中心距车轮中心的垂直距离。

加载方式除了弯曲工况所需载荷之外，还要在吊耳销处施加F △和F ；约束的施加方法同弯曲工况。

４数据分析研究表明，客车底架承受了车身弯曲总应变能的四分之三以上，本文中的客车底架仍然是主要的抗弯部分。

因此，这里采用分析底架纵梁的弯曲变形来评价车身的弯曲工况。

为了具体描绘底架纵梁的变形，根据其具体的结构分布将纵梁分成六段，抽取相应节点，分别记录它们的挠度。

如表1所示：表1 弯曲工况客车底架左右纵梁的挠度第一段第二段节点编号挠度(mm) 节点编号挠度(mm)左纵梁165398 40.92 159296 27.45右纵梁163393 42.7 631770 27.5第三段第四段节点编号挠度(mm) 节点编号挠度(mm)左纵梁165592 7.531 320747 4.696右纵梁633017 7.97 608825 4.796第五段第六段节点编号挠度(mm) 节点编号挠度(mm)左纵梁673755 4.213 322039 11.84右纵梁612372 5.551 376026 13.02图5 弯曲工况底架位移云图弯曲、扭转、制动工况的相应部位的最大应力值如表2所示：表2 车身各部位在不同工况下的最大应力弯曲工况扭转（右前轮悬空）工况节点编号最大应力（MPa）节点编号最大应力（MPa）前围168964 5.825 310195 125.8 后围179302 6.631 244950 102.3 左侧围191772 29.96 132299 98.25 右侧围197736 28.91 39336 153.4 顶盖79149 14.68 203508 78.65 底架341976 42.7 42092 167.77 扭转（右后轮悬空）工况制动工况节点编号最大应力（MPa）节点编号最大应力（MPa）前围301912 99.22 133937 14.25 后围246342 117.36 178779 19.2 左侧围118761 88.02 193782 88.76 右侧围99406 147.3 236985 79.4 顶盖113527 67.68 106555 99.3 底架58679 142.51 298114 135.26通过计算可以看出各个部分都处于安全状态，该车局部应力应变较大，特别是后轮后地板横梁、地板梁与车架纵梁连接部位，以及后轮前后牛腿、地板梁与侧围连接处。

这主要是由于该车是后置驱动，后部载荷较大。

但都小于屈服极限，证明该车设计的是合理的。

５.结论（1）本文采用板壳单元建立客车车架的有限元模型，通过三种不同工况的分析，反映出了车架变形和应力分布状况，可以看出该车架的结构设计还是比较安全的。

（2）由于本文未考虑蒙皮的影响，并且加载状况较简单。

若要进一步得到更加准确的分析结果，还应增加蒙皮。

加载也应该进一步贴近情况。

参考文献[1] 余志生．汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2006.5.[2] 冯国胜，杨绍普．车辆现代设计方法[M].北京：机械工业出版社，2006.[3] Hailiang Wang, Xianlong Jin and Zhongqin Lin, FEA Static and Dynamic Analysis of the Body Structure of SK6120 Low Floor City Bus, SAE Paper 2002-01-0813.[4] 吴诰珪，吴湘燕．客车车有限元强度分析载荷条件的确定 [J]．机械工程学报，1997．Finite Element Analysis of Bus Body Based on theHypermeshShen Bing, Jin Chun Ning, Hu PingSchool of Automotive,Dalian University of Technology, Dalian, PRC, (116024)AbstractFinite Element Analysis is of great importance to modern automobile designing. We proposed the method of using shell to build FE model according to three existing ways. The static and breaking analysis were performed in Hypermesh, which provided the evidence for lightweight design. Keywords:bus body; shell; Finite Element Analysis作者简介：沈兵，男，1984年生，硕士研究生，主要研究方向是汽车CAE、UG二次开发。