汽车结构有限元分析--第六讲_汽车结构有限元分析实例

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第六讲汽车结构有限元分析实例

合肥工业大学机械与汽车学院车辆工程系

谭继锦编写

2010年3

月

----------------------汽车结构分析实例

⏹1、汽车结构设计准则与目标

⏹2、汽车结构有限元模型

⏹3、汽车结构强度分析

⏹4、汽车结构刚度分析

⏹5、汽车结构动态分析

⏹6、汽车结构疲劳分析

⏹7、汽车结构碰撞分析

⏹8、汽车结构有限元优化设计

1、汽车结构设计准则与目标

⏹有限元分析方法是汽车数字化设计的一项核心技术；

⏹在产品设计阶段对汽车结构及性能做出预先评估；

⏹有限元分析能够提供大量的仿真试验数据和技术参数，

进而可以替代部分试验，有利于设计经验的积累和设计技术的提高。

------汽车结构分析的目的主要是解决汽车结构的可靠性、安全性、经济性和舒适性等问题，其分析内容十分广泛，而且相互关联，主要涉及以下内容：

⏹可靠性：研究汽车结构强度、刚度和动态特性，以及疲

劳寿命等；

⏹安全性：研究结构耐撞性与乘员安全性等；

⏹经济性：研究结构优化及轻量化等；

⏹舒适性：进行结构振动噪声分析等。

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。

------以下概略汇总了汽车结构分析中在概念设计阶

段和详细设计阶段汽车结构部分分析内容及设计目标，这些内容与目标是动态发展的，需要结合工程实际不断调整并发展。

概念设计阶段

⏹新车设计目标值包括：

⏹1.车身静刚度目标---弯曲刚度：模拟乘客负荷；尾部

弯曲刚度：模拟行李负荷；扭转刚度：模拟车轮抬高；

⏹ 2.整车NVH目标---车身结构的模态频率应该错开激振

频率。

⏹ 3.整车安全性目标---前围挡板重要位置的侵入量;管柱

的向后以及向上的侵入量；前碰过程中的冲击力；侧碰中B柱各位置的侵入量；车顶压溃中各位置的刚度值；

⏹ 4.零部件及总成寿命目标---车身（驾驶室）疲劳寿命，

悬架疲劳耐久性，车桥疲劳寿命；

详细设计阶段

⏹ 1.车身强度与刚度分析及其灵敏度分析

⏹ 2.白车身弯曲刚度和扭转刚度

⏹ 3.截面分析与接头刚度分析

截面分析：检查截面尺寸的正确性；

优化板件的厚度；

接头刚度分析：保证接头的刚度达到一定的刚度值；

截面特性对刚度的影响：

截面特性对扭转刚度的影响；

截面特性对弯曲刚度的影响；

⏹ 4.开闭件的强度与刚度分析

前门、后门、发动机盖、行李箱盖、前翼子板等,使开闭件结构满足一定的设计要求；开闭件抗凹陷分析；开闭件侧向刚度分析；

⏹ 5.车身局部强度与刚度分析:

仪表盘、管柱、前保险杆、后保险杆、座椅、安全带等；

引擎盖铰接处的刚度分析；

门铰链和门锁处的刚度分析；

油箱盖的刚度分析；

刮雨器连接点的刚度分析；

仪表盘连接点的刚度分析；

行李箱盖的刚度分析；

⏹ 6.模态分析以及频率响应分析：

模态分析、动刚度分析、传递函数分析、声穴分析、舒适性分析等；

低阶模态的灵敏度分析；

点导纳；

悬置刚度；

⏹7.NVH分析:

通过低阶频率值的灵敏度分析，调整关键灵敏零件结构的形状与尺寸，使整车的动刚度特性满足设计目标值；

⏹8.安全性分析

前碰、侧碰、后碰、车顶压溃、头部保护分析、行人保护分析、汽车的乘员安全性分析、乘员安全性以及约束系统模拟分析等；使整车的安全性满足设计目标值。

9.耐久性分析

使整车的疲劳特性满足一定的设计要求；

道路载荷下车身强度分析；

道路载荷下底盘部件疲劳耐久性分析；

车身焊点疲劳寿命评估；

在先期评估产品的总体设计目标时，要分级分项制订目标，包括整车分级、总成分级及零部件分级。定义零部件层级目标，定义总成层级目标，定义整车层级目标。将每个层级目标和分析与测试的结果进行比对，充分掌握各类测试数据，在设计完成量产前，发现设计可能存在的问题，实现产品的结构优化。

汽车结构设计目标值确定方法

对竞争样车进行分析:

竞争样车的整体刚度分析;

目标车的典型截面分析及其优化分析;

目标车的接头刚度分析及其优化分析;

目标车的白车身静态刚度与模态分析;

目标车的安全性设计……

方法------CAE方法，试验方法，标准法规等。建立汽车设计CAE数据库---参考值数据库。车身模型的确立

2、汽车结构有限元模型---汽车结构模型化1》汽车结构模型化技术

几何模型—力学模型—计算模型：力学模型起着承上启下的作用，力学模型提供了载荷信息与边界条件。而几何模型并非就是计算模型。

（1）计算目的不同计算模型不同

（2）结构受力不同计算模型不同

结构部件可以分为杆、梁、板、壳、块体及平面应力应变等。其他特殊功能的单元有质量单元、弹簧单元、刚性单元、焊点单元、约束方程等。了解并用好这些单元，可以更方便地模拟实际结构。

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。