白车身FEMFAT疲劳分析流程

作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
台架试验
• 如果条件允许的话可以运用采集的路谱进行台架试验。并与计算结果进行 对比。ECS积累了长达30年的汽车研发经验，实践告诉我们采用此疲劳分析 流程，并结合FEMFAT软件进行疲劳计算，其可靠性完全与试验相吻合。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
BMW某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。因为项目成功完成并且此车型的销量非常的好，为了纪念这 次合作，BMW公司将第一辆生产的车型一分为二，一半留在了ECS， 另外的一半存放在BMW在慕尼黑的博物馆里。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
FEMFAT疲劳计算
• ECS应用FEMFAT MAX来计算BIW的多轴向疲劳损伤值，损伤值的倒 数就是寿命值。我们可以增加行驶路程，比如道路谱采集只有5公里， 而我们的实际耐久要求是20万公里，那么在软件中乘以一个 20万/5 = 4 万的系数就可以了。所得到的结果可以证明此BIW是否能经受的住20万 公里的坏路行驶。 • 在疲劳损伤值计算前，需要输入FE模型的节点和单元、材料信息S-N 曲线、各通道的载荷谱和相应的单位应力值、影响参数等信息。 • FEMFAT Visulizer的是一个后处理模块，可以直接察看计算结果。
项目介绍
奥迪某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计 算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Nissan某型轿车
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计 算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Mitsubishi某型轿车
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱采集
• 路谱的采集是分析的第一步，它的目的是采集路况信息。通常情况下路谱 都是在特定的多个路况条件下采集的。 • 因测量的目的不同所要采用的传感器类型也不同，常用的有位移传感器、 应变片、加速度传感器和六分力仪等。ECS通过多年的实践开发出了采用加 速度传感器的方法，可测量XYZ三个方向的加速度，结合虚拟迭代的方法可 以达到采集方便，数据准确和价格便宜等优点。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
FE 模型
• 在收集了所需的数据后就可以在3D模型的基础上建立FE有限元模型了。 ECS应用ANSA和IDEAS建立FE模型，定义边界条件和施加载荷。 • ECS运用Nastran的Inertia Relief进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷。单位应力是指比如：力Fx = 1 N，扭矩Mx = 1 Nmm等。如果有 24个接口点，就计算24x 6个自由度 = 144个工况，与之对应的是来自MBS 的144个通道载荷谱。 • ECS运用Nastran的S103计算模态响应，并为MBS模型做准备。 • ECS有一套完整的针对焊点和焊缝的模型建立体系，以便于后续的疲劳分 析计算使用。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
虚拟迭代（VI） - Virtuelle Iteration
• ECS开发出的FEMFAT LAB VI „ Virtuelle Iteration“ 是经过多年的摸索，借鉴台架试验中的”物理迭代“编写 的软件方法。经过近10年的实践目前处于业界的最前沿 水平，目前已有多家汽车公司对这套软件进行了采购。 • VI的作用是通过内部所测量的值（加速度、位移、力 等）来确定外部的激励源（轮心的位移等）。 • VI的应用步骤和试验台架的物理迭代步骤是一致的。 • 此方法可应用于所有模拟软件(ADAMS, SIMPACK, RECURDYN,...) • 此方法自动兼容ADAMS和SIMPACK
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
接口点载荷谱
• 应用MBS “Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上，得到准确的BIW上接口点的载荷谱。每个接口点 有6个自由度，即每个接口点得到的3个方向力和3个方向扭矩载荷谱，如果 白车身有24个接口点就是144个载荷谱通道。 • ECS应用载荷谱通道作为FEMFAT MAX的载荷输入数据，以计算BIW多 轴向受力情况下的疲劳损伤值和寿命。
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白车身有限元及疲劳分析
内容:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
日本某客户SUV
• 此项目采用路谱方法对白车身和底盘大梁架的基础材料、焊缝和焊点进行 疲劳损伤值计算。
Evaluation at the Proving Ground
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白车身有限元及疲劳分析
内容:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱采集 路谱数据处理 虚拟迭代 接口点载荷谱
MBS 模型
FEMFAT 疲劳计算
台架试验
模态分析 接口点单位载荷
FE 模型
作者: 张文轩
Simulation at the Test Bench
Improvement Improvement Proposals Proposals
Measurementdata
Finite Elemente (FEM)
Multi Body System (MBS)
作者: 张文轩 日期: 2006年9月4日 16
• 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损 伤值计算。
作者: 张文轩
Fra Baidu bibliotek
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Daihatsu某型轿车 • 此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤
值计算。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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项目介绍
Daihatsu某型轿车
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
MBS 模型
• 应用MBS “Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上，得到准确的BIW上接口点的载荷谱。 • ECS运用ADAMS建立MBS模型，并运用多年的经验调整各关键部件的参 数，使计算更加精确。
FEMFAT 在工程项目中的应用
白车身有限元及疲劳分析
Engineering Center Steyr GmbH & Co KG (ECS)
斯太尔工程技术中心
白车身有限元及疲劳分析
目标:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
路谱数据处理
• 在采集到路谱数据后需要对路谱数据进行处理。 • 应用ECS开发的FEMFAT LAB 可完成对数据在时间域和频率域进行数据 的分割、重组、过滤、裁减、分类和格式转化等任务。它下设：LAB Standard、Virtual Iteration、Time、Frequency、Class、Fatigue 和 Tools子模块，是功能强大的数据处理软件包。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
模态分析
• 模态响应计算是为了研究BIW在特定的频率下全局和某些关键部件是否产 生共振现象。 • ECS运用Nastran的S103计算模态相应。
作者: 张文轩
日期: 2006年9月4日
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BIW疲劳分析流程
接口点单位载荷
• ECS运用Nastran的Inertia Relief进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷，以得到BIW的单位应力。单位载荷是指比如Fx = 1 N, Mx = 1 Nmm等。如果有24个受力点，则需计算24 x 6个自由度 = 144次单位载荷 计算，与之相对应的是来自MBS的144个载荷谱通道。