12.HyperWorks 在白车身刚度建模对标分析中的应用

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基于Hyperworks某乘用车白车身刚度及模态分析

３１Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２０１７
文章编号：１６７２ — ６１９７（２０１７）０２ — ００４０ — ０４
基于Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ某乘用车白车身刚度及模态分析
焦学健，邢帅，赵慧力，曲学凯
中图分类号：Ｕ４６３．８２文献标志码：Ａ
Ｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｎｐａｓｓｅｎｇｅｒ
ｃａｒＳｂｏｄｙ－ｉｎ — ｗｈｉｔｅｂａｓｅｄｏｎｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ
ｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｒｉｇｉｄｉｔｙｉｓｌｏｗ．ＴｈｅｌｏｗｅｒｏｒｄｅｒｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆＢＩＷｉｓｈｉｇｈｅｒａｎｄｈａｓｇｏｏｄｌｏｗ
工况，最终获取整车的刚度、模态频率及振型．有限元分析结果显示，白车身有良好的弯曲刚度，扭转刚度偏低；低阶模态频率高，有良好的低频特性．在后续改进中应采取相应措施提高其扭转刚度．
关键词：白车身；扭转刚度；弯曲刚度；模态分析；Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ
第３１卷第２期
２０１７年３月
山东理工大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）

HyperWorks在汽车中的应用- 优化

HyperWorks在汽车中的应用- 优化
HyperWorks: 成功的仿真驱动汽车设计解决方案
在汽车CAE领域，Altair有20多年的经验，是公认的领导者，提供先进的建模、求解和优化工具。

全球绝大部分领先的汽车公司和供应商都使用HyperWorks平台，通过我们的许可证模式将价值最大化。

结构性能分析只是产品研发众多节点中的一步，产品工程师需要提供改进方案，以满足强度、重量、可靠性等要求，而且方案需要在很短的时间内提出。

如此具有挑战性的目标，可以通过使用先进的HyperWorks 平台中创新的优化方法实现。

HyperWorks可以在产品概念和详细设计阶段实施优化，满足产品多学科设计周期。

其中Altair OptiStruct 是屡获殊荣的集成分析和优化工具，可以进行结构各个设计阶段的优化。

Altair HyperStudy是独立于求解器的优化工具，可以进行试验设计，优化，与所有的第三方求解器可集成使用。

通过使用OptiStruct和HyperStudy，工程师可以：
∙更快得到最好的产品，更快实现产品上市
∙构想具有更好性能的创新设计方案
∙降低成本，提高环保性能
∙得到更可靠和稳定的设计，延长产品使用周期
∙在整个设计周期提高设计效率。

基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化

科技信息
博士・专家论坛
基于Ｈｐｒｒｓ的某轿车白车身刚度分析及优化ｙｅＷｏｋ
湖北汽车工业学院张继伟胡花
［摘要］本文以某轿车白车身为研究对象，用有限元分析软件Ｈｐｒｒ建立其有限元模型，对白车身的扭转工况和弯曲工使ｙｅＷｏｓｋ再况进行分析，并根据评价指标对该白车身的刚度进行分析评价，出该轿车白车身的扭转刚度满足国外轿车较高设计要求，弯曲得但刚度偏低。然后对白车身进行尺寸优化，优化后虽然扭转刚度有些减小，但增加了弯曲刚度，小了白车身质量，减达到了在白车身轻
如式（：４）
最大扭转载荷Ｔ０５Ｘ前轴最大负荷 ×轮距＝．
得：＝．Ｔ０５×１０ ×９１１．８×１３：８９８Ｎ・．３８０．７ｍ６
（）１
ＦＩ＝．８×乘客室负荷
得：＝ＩＦ．８×７５×５．６１Ｎ ×９８６５＝
扭
２
３４５６７８
９１１１０１２
转角２．２１９７３７０２６８３６９３５７Ｊ７ｆ４ＯｌＩ６０７．２２Ｉ０ｉ．６ｉ３８．５３３２４８
／（）
白车身扭转刚度计算公式为：
Ｇ＝／ＪＴ０（）３
一
图１自车身有限元模型
３白车身刚度分析．３１．扭转刚度分析
其中，Ｔ为扭矩；０为轴间相对扭转角。由白车身ｚ向扭转变形图得左右前悬架座的最大变形分别为６３ｍｍ、．２．８６６ｍｍ，４２由公式（）３和相关的数值，计算的自车身相对扭转刚度为：

HyPermesh二次开发在乘用车接头刚度仿真分析中的应用

HyPermesh二次开发在乘用车接头刚度仿真分析中的应用作者：王鹏杨建森武振江曹建吴杨来源：《汽车科技》2020年第04期摘要：接头是白车身框架结构的重要组成部分，接头刚度分析作为乘用车刚度性能开发中必不可少的分析项目，通常在创建局部坐标系、施加边界条件、创建载荷步以及设置求解控制参数方面进行大量的重复工作。

为减少重复性劳动，本文以接头基础网格模型为输入，利用Hypermesh二次开发功能，采用Tcl/Tk语言编写了接头刚度分析过程中局部坐标系创建、载荷施加、载荷步创建以及求解控制参数设置的自动化程序，可大幅提高分析效率，提高分析结果的准确性和一致性。

关键词：接头刚度;CAE;二次开发;Tcl/Tk程序中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）04-0030-07王鹏毕业于武汉理工大学，硕士。

现就职于中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，任CAE分析工程师。

主要研究方向：CAE仿真分析自动化。

1Hypermesh二次开发关键技术Hypermesh界面和二次开发语言都为Tcl（ToolCommand Language），Tcll司Perl、JavaScript、Born、Korn一样，是一种脚本语言，具有语法简单、无需编译、不依赖平台等特点。

Hypermesh基于Tel提供了4类二次开发命令：TelGUI Commands、Tcl Modify Commands、Tcl QueryCommands、Utility Menu Commands。

其中第一类和第三类命令以“hm_”开头，分别进行界面控制和提取模型信息，第二类和第四类命令以“*”开头，分别进行执行操作和按钮等控制。

Hypermesh启动后，所有的操作命令都保存在工作目录下的eommand.cmf本文件中。

在command.cmfSC件中提取相应操作的宏命令，即可作为一段可执行的Tcl Mod曲Commands。

某纯电动汽车白车身弯曲刚度分析与优化设计

某纯电动汽车白车身弯曲刚度分析与优化设计汪跃中;贺鑫;董华东【摘要】在某款纯电动汽车的设计开发过程中,为满足操纵性、安全性、可靠性、NVH、碰撞安全等性能要求,同时由于布置电池后下车体骨架的结构变更,需要对白车身弯曲刚度进行CAE分析.利用HyperMesh、Nastran、HyperView等仿真软件建立纯电动汽车白车身有限元模型,并进行弯曲刚度分析.根据CAE分析结果提出优化方案,再对优化方案进行弯曲刚度分析,最终保证优化后的白车身弯曲刚度满足目标值要求,为该车型白车身结构改进和优化设计提供参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】3页(P50-52)【关键词】白车身;弯曲刚度分析;优化设计【作者】汪跃中;贺鑫;董华东【作者单位】奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000;奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000;奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】U463.20 引言随着汽车市场的快速发展，顾客对汽车操纵性、安全性、可靠性、NVH、碰撞安全、异响控制等整车性能的关注和需求越来越高[1]。

而白车身作为整车结构设计的基础及轿车的关键总成，其刚度高低是考察这些性能及品质的重要指标[2]。

车身刚度不足会导致车身易变形、异响、疲劳断裂等质量异常，极大影响车辆的正常工作状态及客户对车辆的满意度，因此车身结构刚度特性在整车性能中起到至关重要的作用。

白车身高刚度成为整车性能开发中的趋势，以满足装配和使用要求[3]。

白车身刚度包括扭转刚度和弯曲刚度，分别是指白车身在受到扭转、弯曲载荷时，车身抵抗扭转、弯曲变形的能力[4]，其大小直接决定轿车在实际驾驶中承受外载荷的变形程度。

纯电动汽车由于要变动下车体的骨架结构以布置电池[5]，会极大影响到白车身的弯曲刚度，因此本文作者主要针对纯电动汽车的弯曲刚度进行CAE分析与优化设计。

基于HyperWorks的某商务车白车身刚度分析

９２
湖北工业大学学
报
２１００年第４期
２２有限元分析计算．
根据上述１３个测点的ｚ向位移以及它们的ｚ
向平均位移的测量数据绘出图６所示测点曲线，由测点曲线可以明显看出底板（即纵梁）在车身长度方向上的垂直挠度（Ｚ向位移）变化曲线连续无明显
１１弯曲刚度．
身的刚度（曲刚度和扭转刚度）行了模拟分析，弯进并与目标值进行比较．
２１主要步骤．
图１所示为利用Ｈｙｅｗｏｋｐｒｒｓ系列软件进行商
务车白车身静刚度有限元分析的主要步骤［，处３前］
车身整体的弯曲刚度
由车身底架的最大垂
理（画线框中的内容）ＨｙｅＭｅｈ中完成；点在ｐｒｓ求解利用Ｈｙｅｗｒｓ自带的求解器Ｒｄｏｓ行，ｐｒｏｋａｉｓ进
直挠度以及底板在车身长度方向上的垂直挠度变化
［中图分类号］Ｕ４２３６．
［文献标识码］Ａ：
所谓“ 白车身” 是由各种各样的骨架件和钣金就
Ｇ一７０．ＪＬ／
（）２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
件通过焊接拼装而成的汽车车身．商务车的白车身刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节，对于改进车身结构，善车辆强度、度状况，高改刚提车辆舒适性和可靠性均具有很重要的实际意义．利用先进的有限元软件对其进行分析计算，指导生产开发，于缩短产品开发周期、对降低产品开发成本能起到一定的作用，可以指导设计人员对车身结构并进行优化从而提高车身的碰撞安全性．

白车身模态分析与对标

白车身模态分析与对标作者：章建军，陈芳，林宏来源：《时代汽车》 2017年第23期摘要：本文以某轿车白车身为研究对象，对其进行模态分析，并进行了有限元仿真结果与试验结果的对标。

对标结果表明：有限元仿真结果与试验结果相差在5% 之内，该有限元仿真模型是有效的。

关键词：模态分析；有限元；白车身；对标1 引言频率是物体的固有属性，模态分析常用来求解物体的频率特性。

在汽车开中，频率特性作为车身振动系统特性的一个重要特征，用来评价汽车的舒适性、安全性和可靠性。

本文以某轿车白车身为研究对象，对其进行有限元模态分析，提取其固有频率、振型等参数，并利用有限元仿真结果与试验结果的对标来验证其有限元模型的有效性。

2 白车身有限元模型的建立白车身主要由钣金件、焊点和粘胶构成。

本有限元模型中，钣金件采用Shell壳单元模拟，单元基本尺寸为5mm。

焊点和粘胶采用solid 实体单元模拟，其中2层焊的焊点单元尺寸为5mm，三层焊的焊点单元尺寸为8mm，螺栓用RBE2 单元模拟。

最终搭建完成的白车身有限元模型如图1所示，材料参数如表1所示。

该有限元模型为无约束自由状态，采用Block Lancz-os法对其进行自由模态分析。

3 模态试验方法白车身的模态试验条件为合格的不带车门、罩盖及玻璃的白车身，车身采用柔性绳索悬吊，近似自由状态，并采用两点激励、多点响应法来进行模态试验，模态试验如图2所示。

其中模态试验项目一般包括各阶模态频率、阻尼比、振型描述及振型图。

4 车身模态有限元仿真分析与对标表2为白车身模态仿真有限元分析与试验析结果与试验结果的振型图高度一致，且频率误差小于5%，该模型是有效的。

详细的振型对比如图3至图6所示：5 结语（1）试验结果表明：整体一阶扭转模态频率32.20Hz，大于设定的目标值30Hz，满足要求；整体一阶弯曲模态频率53.68 Hz，高于目标值50Hz，满足要求；两个频率错开较远，不会造成共振。

（2）通过有限元分析结果和试验结果对比发现，两者的振型图高度一致，且频率误差小于5%，该模型是有效的，可用该模型进行后续仿真优化。

HyperWorks在白车身刚度建模对标分析中的应用

HyperWorks在白车身刚度建模对标分析中的应用作者：瞿晓彬戴轶1 引言现代轿车车身大多数采用全承载式结构，承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，主要包括扭转、弯曲等载荷，在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性则尤显重要。

车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、NVH性能等关键性指标，白车身的弯曲刚度和扭转刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节。

本文通过和试验方案对比，提出了用于刚度分析的有限元模型前处理方法，通过将计算结果和试验结果对比，证明了前处理方法的合理性。

2 白车身结构刚度分析的前处理2.1 白车身结构的有限元建模根据企业内部标准，首先利用HyperMesh对白车身各部件进行网格划分，得到白车身的有限元模型，如图1所示。

该模型主要由四节点和三节点的壳单元构成，焊点采用ACM方式，部分结构涂胶采用胶粘单元模拟。

该模型共有438145个节点，432051个单元。

图1 白车身结构有限元模型2.2 边界条件与载荷的处理在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。

前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。

同时，前轴扭转夹具对车身前部起到了支撑作用，扭转刚度试验如图2所示。

故有限元模型中，扭转工况的边界条件为：后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度，前减震塔约束X方向的自由度。

扭转工况的载荷施加在前减震塔中心点上，在垂向施加大小相等方向相反的载荷。

载荷的大小通过公式F=M/L求得，其中M为试验要求的扭矩值，L为左右减震塔中心之间的距离。

在线性分析中，施加扭矩的大小和最后计算得到的刚度值无关，但是为了和试验中测点的位移作对比，分析中施加的扭矩大小应该和试验的相同，故分析中施加的扭矩为4080Nm，如图3所示。

图2 扭转刚度试验装置图图3 扭转工况示意图弯曲刚度试验中，固定夹具通过球铰作用于前后减震塔上，试验过程中前部机构在X方向会产生微小的位移，故有限元模型中，弯曲工况的边界条件为：前减震塔约束Y,Z 2个方向的自由度，后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度。

石朝亮_基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化

xiL xi xiU k i 1,2,...n
式中，X=x1，x2，...，xn 是设计变量， f ( X ) 是目标函数， g ( X ) 是不等式约束函数， h( X ) 是等式约束函数，上角标 L 指 Lower Limit，即下限，上角标 U 指 Upper Limit，即上限。
-6-
-1-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
2 优化分析理论
灵敏度分析与计算是结构优化设计中时常面临的问题。灵敏度作为导数信息,反映出结构设计变量或参数的改变对目标或约束函数的影响程度,利用它可以确定最优解的搜索方向,建立近似方程或构造优化迭代计算公式以及进行结构设计修改。对于有限元方程两边对设计变量 X 求偏导数：
5 结论
（1）通过优化，实现材料在车身上的重新分布，在扭转刚度和一阶扭转模态略有提高的情况下白车身实现减重 5.8kg；（2）结构优化设计可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案，尤其在设计早期，可以得到更好的设计基础和更短的设计周期；（3）通过灵敏度分析，可以避免结构修改的盲目性，找出对结构性能影响较大的结构参数作为优化的设计变量，对应提高结构性能具有十分重要的意义。（4）有限元方法在结构设计方面占有很重要的位置，并应该贯穿整个设计和制造的全过程，将有限元方法应用于汽车白车身开发是缩短新型车开发周期、降低产品成本、提高汽车品质的必由之路。
KU P
式中，K 是刚度矩阵；U 是单元节点位移矢量；P 是单元节点载荷矢量。
K U P U K X X X
则
U P K U K 1 X X X
一般，结构相应（如约束函数 g）可以描述为位移矢量 U 的函数：
g QTU

HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用

HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用HyperWorks Application In Body Structural Adhesive Optimization王宇飞（陶氏化学（中国）投资有限公司汽车系统事业部上海201203）摘要：结构胶连接在汽车制造中可以起到辅助车身增强的作用，可有效提高车身刚度、碰撞安全性以及耐疲劳性。

本文以结构胶对某白车身的静态刚度提升为例，首先采用HyperMesh 前处理器及RADIOSS 求解器搭建了静态刚度计算模型，并利用OptiStruct 的拓扑优化技术针对刚度工况对结构胶的位置进行优化，根据优化结果确定最优应用位置，从而为主机厂客户提供最优性价比的方案。

关键词：车身刚度结构胶拓扑优化HyperWorksAbstract: Structural adhesive, as a key joining technology in modern car body, can play a significant role in body enhancement including stiffness, crash safety, and fatigue resistance improvement. In this paper, structural adhesive is designed to improve the static body stiffness. HyperMesh pre-processor and RADIOSS solver are used to build a static stiffness finite element model and baseline result firstly. Then, OptiStruct is employed for topology optimization in order to find the most sensitive structural adhesive locations of stiffness improvement. Accordingly, the best cost-effective structural adhesive solution is provided to automotive OEMs.Key words: body stiffness, structural adhesives, topology optimization, HyperWorks1 概述车身结构胶诞生于二十世纪九十年代，由BMW，Daimler 公司与陶氏化学公司合作开发，首先用在Daimler 车身上，用于提升车身刚度、防撞性和耐久性。

基于HyperWorks的某卡车白车身静刚度分析

基于HyperWorks的某卡车白车身静刚度分析谭超;王桂龙【摘要】车身的刚度是汽车的重要力学性能之一,对其进行结构分析与研究具有重要意义,而有限元方法和软件技术在汽车结构分析中占据了极其重要的位置.文章在CATIA软件中建立了白车身的几何三维模型,然后将模型导入HyperWorks环境中,运用有限元理论分析了静态工况(弯曲工况和弯扭组合工况)下该白车身的刚度特性,并通过对其静刚度的分析和计算,研究了该车身结构不同部位的受力特性；最后将计算结果和实验的结果相比较,验证了理论建模分析的合理性和可靠性,为白车身的结构优化设计提供了借鉴和依据.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2013(051)010【总页数】4页(P15-18)【关键词】卡车;刚度分析;白车身;HyperWorks【作者】谭超;王桂龙【作者单位】230009安徽省合肥市合肥工业大学机械与汽车工程学院;230009安徽省合肥市合肥工业大学机械与汽车工程学院【正文语种】中文【中图分类】U463.820 引言车身的刚度是汽车的重要力学性能之一，车身刚度分布设计得是否合理会直接或间接地影响整车性能。

车身作为汽车的关键总成，其结构必须有足够的静刚度以保证其疲劳寿命、装配和使用的要求。

白车身静刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节，对于改进车身结构，改善车辆强度、刚度状况，提高车辆舒适性和可靠性均具有很重要的实际意义。

利用有限元的方法计算白车身的弯曲刚度和弯扭组合刚度，可为白车身的结构优化和轻量化提供依据。

目前，国外在这一领域的研究已比较成熟，国内也取得了一些研究成果，文献［1］研究了客车车身骨架的有限元建模方法，并采用有限元方法分析了半承载式客车车身在不同工况下的强度和刚度；文献［2］提出了通过对客车车身骨架结构进行局部改进来提高整体结构强度的方法，并验证了改进后结构的合理性和可靠性。

本文对某卡车白车身进行有限元刚度分析，得到白车身在弯曲和弯扭组合两种工况下的刚度特性，再将有限元分析结果同试验结果比较，从而对车身静刚度特性进行评价，指导车身的结构设计。

基于HyperWorks—Radioss的某轿车白车身结构模态分析

2.1 创建分析模型的材料特性
创建各项同性材料“steel”
定义材料的特性参数：E（杨氏膜量）为2.1e+05MPA、NU（泊松比）为0.3、RHO（材料密度）为7.9e-09t/mm^3
2.定义材料和属性
2.2 分别定义不同材料的属性
2.3 分别给不同的有限元模型附材料属性
3.创建模态分析工况
LOGO
基于Radioss的某轿车白车身结构模态分析
报告内容
1
2 3 4 建立白车身有限元模型定义材料和属性创建模态分析工况提交分析求解
5
查看模态分析结果
1.建立白车身有限元模型
1.1 2D网格划分质量标准
在HyperWorks11.0 /Radioss中的Geom/quick edit操作界面下对白车身表面进行几何清理和网格区域的划分，利用2D/automesh进行网格划分，然后根据网格质量检查规范进行质检，并进行网格修改
3.1 定义模态分析求解
[V1]表示模态分析输出结果的最低频率，[V2]表示模态分析输出结果的最高频率，[ND]表示模态分析求解的阶数
3.2 创建模态分析求解工况
4.提交分析求解
4.1 提交模态分析求解
4.2 Radioss模态分析求解过程
5.查看模态分析结果
5.1 白车身模态分析
白车身结构固有模态是指白车身结构振动特性，包括固有频率和振型。汽车行驶在颠簸的路面上时，由于各个零件在路面激振力的作用下会产生各种形式的振动，振动不仅会产生很大的噪声，而且可能会造成汽车结构的疲劳破坏。通过模态分析，可以得到车身固有频率和振型，进一步通过改进车身结构，使车身结构的固有频率错开载荷激振频率。载荷激振频率主要是轮胎不平衡激振频率和发动机怠速激振频率（电动车为电动马达激振频率），从而确定整车的动力学特性并控制车身振动和噪声。尤其是车身整体结构的低阶模态频率，它是车身性能的关键指标，反映汽车车身的整体刚度性能。对车身进行模态分析有利于控制车身的固有特性，从而可以对车身设计方案进行全面的评价和改进，发现结构上的薄弱环节并加以改进，模态分析的结果也是对车身进行进一步动力学分析的基础。

HyperWorks在汽车白车身模态分析中的应用

行自由状态下的模态分析，出影响模态频率和固找
有振型的因素，并将分析结果与试验模态的结果进
行了对比。
结为系统在无阻尼、外载状态下求解自由振动的无
结构特征值问题。系统无阻尼自由振动方程为
的特征矢量；为结构系统的第ｉ个模态频率。
受着来自路面的各种振动，当激励源的频率接近车身的固有频率或局部固有频率时，车身将产生严重扭转和弯曲等变形，至造成车身结构的破坏。设甚在计阶段要保证车身具备足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度以满足车辆的行驶要求；因此需要在设计阶段能够预测汽车的振动特性，车身结构的固有频对率进行分析，可通过结构参数的调整和改进结构并设计以达到避开激励源频率的目的［］而车身固有１，模态分析是对车辆进行动力学分析的依据。
明结构的动态性能［。引
笔者利用有限元方法对某小客车白车身结构进
１模态分析基础
对于车身多自由度的结构系统，任何运动都可由其自由振动的模态合成。当结构以某种模态振动时，应的模态矢量是一定的，模态矢量问题可归对而
于国飞
（门理工学院机械系厦厦ｆ，６０４－３１２）ｊ
摘要
以国产某小客车白车身为研究对象，利用ＨｙｅＷｏｋｐｒｒｓ软件，立了以壳单元为主的白车身有限元模型，建分

基于Hyperworks某乘用车白车身刚度及模态分析

基于Hyperworks某乘用车白车身刚度及模态分析焦学健;邢帅;赵慧力;曲学凯【摘要】为研究车身的强度、刚度以及模态的性能指标,避免车身在使用过程中出现塑性变形和局部断裂的现象,利用Hyperworks软件对车身进行有限元仿真分析.通过建立弯曲、扭转以及模态工况,最终获取整车的刚度、模态频率及振型.有限元分析结果显示,白车身有良好的弯曲刚度,扭转刚度偏低;低阶模态频率高,有良好的低频特性.在后续改进中应采取相应措施提高其扭转刚度.【期刊名称】《山东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】5页(P40-43,48)【关键词】白车身;扭转刚度;弯曲刚度;模态分析;Hyperworks【作者】焦学健;邢帅;赵慧力;曲学凯【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院 ,山东淄博255049;山东理工大学交通与车辆工程学院 ,山东淄博255049;山东理工大学交通与车辆工程学院 ,山东淄博255049;山东理工大学交通与车辆工程学院 ,山东淄博255049【正文语种】中文【中图分类】U463.82现代轿车车身大多数采用全承载式结构，这在很大程度上满足了结构设计的轻量化要求．承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷，如扭转、弯曲和碰撞载荷等．在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性尤显重要.如果白车身刚度不足，在使用过程中车身变形会比较大，特别是立柱、门框、窗框等关键部位的变形过大时，可能造成门锁变形、内饰脱落、整车密封性差，甚至车门卡死、框内玻璃被挤碎等现象．因此，在设计过程中必须考虑白车身整体刚度和关键部位的变形．本文通过有限元仿真分析为白车身设计提供参考.对工程项目的分析和研究，CAD数据一定先于CAE数据，这就要求在做分析之前，首先必须依据CAD数据建立CAE的有限元模型，在有限元模型建立的过程中，要保证两者的一致性，确保后续进行分析的有限元模型能够充分反映车身的真实性能情况[1].因此，建立有效高质量的有限元模型至关重要.1.1 白车身网格处理大部分车身构件是由薄板件冲压而成的，所以采用2D壳单元来模拟车身构件，在保证模型计算精度与速度的前提下，单元基本尺寸定义为15mm，并对网格设置相应的质量标准，见表1.1.2 白车身材料参数该轿车白车身使用的钢板厚度范围为0.5～4mm，大多数零件的材料厚度在0.8～3mm，白车身的材料性能见表2.1.3 白车身的连接方式轿车白车身大约有4000个左右的焊点，一般由车身的六大部件焊接成型，包括地板总成、左右侧围、顶盖、下车身、后搁板，本文采用Hyperworks中的ACM焊点类型来模拟车身的连接.ACM(Area Contact Method)是一种特殊的焊接方法，不同于刚性单元结点连接的方法,它是由一个六面体(PSOLID)和RBE3 单元组成，更能准确模拟焊点信息，不会增加局部的刚度,如图1所示.该白车身共有171个零件，在有限元模型中共有384 595个单元，375 540个节点，3 500个焊点.白车身有限元模型如图2所示.汽车车身的基本功能是安装汽车的各零件，并保证各零件相对位置不变.汽车在平坦路面上匀速行驶的弯曲载荷和在崎岖路面上低速行驶时的扭转载荷，是汽车在使用过程中常遇到的两种工况载荷[2].为避免车身在遇到以上工况时出现大变形，车身的刚度需要满足一定的要求.2.1 弯曲刚度分析对车身进行弯曲刚度分析时采用接近实际情况的载荷施加方式，按照实际的运行工况施加约束条件.约束：约束前后左右弹簧支座X、Y、Z方向的平动自由度如图3所示.载荷：在前排左右座椅位置沿Z轴方向分别施加大小为1 500N的集中载荷，在后排座椅的中间位置沿Z轴方向施加大小为4 000N的集中载荷，并通过RBE3的方式将载荷加载点与地板柔性连接，如图4所示.车身结构的弯曲刚度可以通过车身前后纵梁下方、门槛梁下方、前围板下部沿Z 轴方向的挠度来评价，测量点的间隔为150mm，共29个测量点.如图5所示.计算输出测量点沿Z轴的变形量，结果如图6所示.通过图6曲线可以看出在节点ID=910处的变形量最大，最大变形量为0.55mm. 车身弯曲刚度的求解公式为式中：Kb为弯曲刚度(N/mm)；W为加载的全部弯曲载荷(N)；d为地板以及门槛梁、纵梁位置的最大挠度(mm) [3].通过式(1)计算可得车身的弯曲刚度为14 000N/mm.2.2 扭转工况分析在对白车身进行扭转工况分析时，按照工况条件施加约束条件，并给白车身施加扭转载荷.约束:约束前防撞梁中间部位X、Y、Z方向的平动自由度，约束左右后弹簧支座处的X、Y、Z平动自由度.载荷：在前减震器安装支座位置施加大小相等、方向相反的垂向力，形成扭矩.最大扭转载荷计算公式为式中：P为前轴最大载荷；S为前轮轮距；T为扭转载荷.上述约束反载荷如图7所示.白车身在扭转工况下的位移云图如图8所示.车身扭转刚度的求解公式为式中：T为施加扭转载荷;δL为左侧前悬架安装点的挠度值;δR为右侧悬架安装点的挠度值;L为左右安装点的距离[3].由扭转工况下的云图可知δL=6.8mm，δR=7.25mm，L为1 575mm，求得车身的扭转刚度为K=9244(N·m)/(°)2.3 白车身模态分析模态是对车身结构固有动态性能的一个反应，其固有频率和振型都与外界载荷条件无关.车身结构的振型主要集中在低频率段，所以求解模态频率范围可设置在60Hz 以内，这样可以节省计算时间，提高效率[4].对汽车进行振动分析时，将无限多自由度的车身进行离散化处理，其运动微分方程可表示为式中：M为结构的质量矩阵；C为结构的阻尼矩阵;K为整体刚度矩阵；P(t)为载荷阵列.进行自由模态分析时，考察结构的固有特性，假设{P(t)}=0.省略对固有特性影响较小的结构阻尼[5]，式(4)可简化为自由模态分析的前六阶模态为刚体模态，计算得到60Hz以内的白车身固有频率与振型如表3所示，第七～第十阶振型云图如图9～图12所示.汽车在正常路面上行驶的过程中，会有很多外部的载荷和激励通过各种传递路径传递到车身，引起结构的响应.这些外在激励所产生的振动、噪声的频率与车身的固有频率重合，将会发生共振，使得噪声更加严重，车身振动更加剧烈[6].作为汽车主要激振源的发动机其激振频率为式中：f为发动机的激励频率；n为发动机的转速(r/min)；μ为发动机运转过程中转速上下浮动的误差；m为发动机的实际缸数.该车型采用的是一款四缸汽油发动机，怠速转速为650r/min，上下浮动误差为50r/min，带入式(6)得出发动机怠速工况下的频率在20～23.34Hz范围内.白车身结构自由模态的一阶扭转模态频率为33.4Hz，在发动机激励频率的范围之外，避免了结构方面产生共振的可能性.来自路面的激励频率范围约为5～20Hz，同样不会激发车身出现较大的共振现象[7].通过对白车身进行弯曲、扭转工况的分析，得到了白车身静态抗弯、抗扭刚度性能，为该车型的结构优化设计提供了很好的借鉴和依据.通过模态分析得到了模态频率及振型，有限元分析结果表明，其弯曲刚度、扭转刚度均满足白车身结构设计要求.【相关文献】[1]彭超. 以轻量化为目标的某乘用车车身优化设计与研究[D].邯郸：河北工程大学,2015.[2] 于国江. 汽车白车身刚度仿真分析与检测技术研究[D].长沙：湖南大学,2014.[3] 杨佳璘. 乘用车白车身有限元分析及其轻量化设计[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2013.[4]马骊凕,朱智民.轿车白车身模态分析[J]. 振动与冲击,2013(21):214-218.[5] 夏兆义,冯兰芳,王宏晓,等.某轿车白车身模态分析与优化[J]. 机械研究与应用, 2011(3):26-28.[6] 杨年炯, 钱立军, 关长明. 某轿车白车身模态分析[J]. 机械设计与制造, 2010(2):235-237.[7] 韩阳,李洪力,朱延鹏.某轿车白车身模态有限元分析与试验研究[J].机械研究与应用,2015(3):105-107.。

轿车白车身静刚度仿真与试验对标

轿车白车身静刚度仿真与试验对标韩立;张兵;曹宏伟【摘要】为了把控车身的静刚度以提高车身结构的功能可靠性、碰撞安全性及振动噪声舒适性,该文以某轿车白车身为研究对象,通过计算机仿真和试验测试2种方法得到性能参数.采用前处理软件HyperMesh建立整车有限元模型,建立与试验系统相同的边界条件及数据后处理修正,完成了仿真与试验的对标.对比仿真与试验结果显示两者误差在10％范围内,验证了仿真的准确性和试验的可靠性,该仿真方法和试验流程可普遍用于获得各类车型的车身静刚度.并对影响仿真精度和试验稳定的敏感因素及解决方法给出参考建议.【期刊名称】《汽车工程师》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】5页(P35-38,54)【关键词】轿车;白车身;静刚度;试验对标【作者】韩立;张兵;曹宏伟【作者单位】中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司;中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司;中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司【正文语种】中文现代轿车大多数采用全承载式车身结构，在使用过程中车身承担着几乎所有的弯曲、扭转及碰撞等载荷。

如果车身刚度不足，会引起车身上一些部件的变形过大或其它总成相对位置发生错动，从而影响正常工作，因此车身刚度具有举足轻重的作用。

但是，车身的弯曲扭转刚度试验没有国标可借鉴，各主机厂都有自己的试验测试方法，而仿真和试验对标的一致性历来是难以攻克的问题点。

文章在阐述仿真方法和试验流程的基础上，通过仿真和试验对标找到了影响仿真准确性和试验稳定性的重要因素，并针对控制影响因素的敏感程度给出了解决办法，为车身结构优化和轻量化奠定基础。

1 静刚度有限元仿真当前CAE分析技术日趋成熟，在国外大型汽车企业中得到广泛应用。

我国各大汽车企业为了提升自主研发能力，已将CAE分析技术应用到新车型研发中，且获得良好效果[1]。

1.1 车身有限元模型建立某轿车白车身采用无前后风挡玻璃、无四门两盖及无副车架状态，借助软件HyperMesh建立有限元模型，车身钣金采用10 mm壳单元划分网格，焊点采用acm类型模拟，焊缝采用cweld单元模拟，胶粘采用adhesives类型连接，有限元模型材料基本参数，如表1所示。

某轿车白车身模态仿真分析

某轿车白车身模态仿真分析田国红;齐登科;孙立国【摘要】以某国产轿车白车身为研究对象,用HyperWorks软件建立了以壳单元为主的白车身有限元模型,通过Nastran对该模型进行模态分析计算,得到白车身的各阶模态频率和模态特性.结合模态分析结果,分析汽车运行时来自于外界和内部激励源的振动,为该款车后续的动态特性改进设计提供参考.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】3页(P38-40)【关键词】白车身;Hyperworks;模态分析;激励源;有限元【作者】田国红;齐登科;孙立国【作者单位】辽宁工业大学汽车与交通工程学院,辽宁锦州121000;辽宁工业大学汽车与交通工程学院,辽宁锦州121000;辽宁工业大学汽车与交通工程学院,辽宁锦州121000【正文语种】中文【中图分类】U467.3关键字：白车身；Hyperworks；模态分析；激励源；有限元10.16638/ki.1671-7988.2015.10.016CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-38-03 现代汽车可以看作一个复杂的多自由度振动系统，在受到外界激励时会产生振动。

当外界的激振源频率与汽车系统固有频率接近或相同时，会使汽车与其产生共振。

车身是轿车重要组成部分，被看作是一个连续的弹性结构系统，其固有振动频率表现为无限多的固有模态。

低阶模态多是整体振型，如整体扭转、弯曲振型；高阶模态多是一些局部的振型，如地板振型、车顶振型等。

汽车NVH性能对整车模态分布是否合理影响较大[1]，因而模态分析在汽车设计和研究过程中得到广泛应用。

模态分析技术是一门重要的工程技术，对车身结构进行模态分析在车身结构动态特性分析和结构优化方面意义重大[2]。

本文以某款轿车为研究对象，先通过对3D白车身模型的建立，然后在Hypermesh中进行有限元划分，最后在对其进行模态计算和分析。

轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE

轿车白车身模态和静刚度的试验和CAE蔡坚勇;宋名洋【摘要】本文介绍利用Altair/HyperMesh软件创建某紧凑型轿车白车身有限元模型,运用MSC/Nastran软件求解白车身结构的固有模态、静态弯曲刚度和扭转刚度.介绍相关试验方法,并把试验值和CAE分析值进行比较.验证了CAE分析模型的有效性,认为该车型车身具有较好的动态特性和静态扭转刚度.【期刊名称】《海峡科学》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】3页(P121-123)【关键词】白车身;模态;弯曲刚度;扭转刚度【作者】蔡坚勇;宋名洋【作者单位】东南(福建)汽车工业有限公司研发中心;东南(福建)汽车工业有限公司研发中心【正文语种】中文当前，CAE（计算机辅助工程分析）技术已经成熟，在国外大型汽车企业中得到了广泛应用，在我国一些大型汽车企业为了提升自主研发能力，已将CAE技术应用到新车型研发中，且获得了良好的效果。

本文分别利用试验方法和CAE分析方法求解某紧凑型轿车白车身的模态、静态刚度值，并把试验值和CAE分析值进行比较，验证了CAE分析值的可靠性。

该车轴距2 510 mm，前轮距1 472 mm，后轮距1 465 mm。

采用Altair/HyperMesh软件创建白车身CAE模型，钣金件用壳单元模拟，共有444 031个，其中三角形壳单元14 124个，占3.2%，单元尺寸5~15 mm，粘胶和焊点采用实体单元模拟，共5 195个，烧焊和螺栓采用刚性单元模拟。

单元质量符合企业给定标准。

为减少CAE建模的工作量，采用同一个白车身CAE模型进行以上所有工况分析。

材料属性由企业提供的参数设置，见表1。

白车身CAE模型如图1所示。

模态分析技术源于20世纪30年代提出的将机电进行比拟的机械阻抗技术，是用于对机械系统、土建结构、桥梁等工程结构系统进行分析的现代化方法和手段[1]。

模态试验是通过试验设备，采集激励点信号和测量点的响应信号，经过软件分析处理后获得结构固有频率和相应振型。