068-汽车车身节点有限元分析

汽车车身节点有限元分析

罗伟周定陆

长安汽车股份有限公司汽车工程研究院

汽车车身节点有限元分析

Finite Element Analysis for Joints of Car Body

罗伟 周定陆

(长安汽车股份有限公司汽车工程研究院)

摘 要:本文对车身的A 、B 、C 、D 节点，借助MSC.Nastran 软件，进行了刚度分析，得

到了各节点的刚度值，对了解车身的刚度和改进结构提供了依据

关键词: 汽车 车身 节点 刚度 有限元分析

Abstract ：Applying the MSC.Nastran, the A 、B 、C 、D 、joints of the car body is analyzed

and the stiffness of each joints is got. The analysis can help to find out the s tiffness of car body and improve the structure of car body.

Key words: Automobile ,Body ，Joint, stiffness ，finite element analysis

1 概述

车身的A 、B 、C 、D 节点分别位于A 柱的上根部、B 柱的上根部、B 柱的下根部以及C 柱的上根部（如图1所示），这4个节点的刚度对于车身的刚度、模态及振型都有很大的影响。在车身设计和改进过程中，了解这些节点的刚度值，对于提高设计质量，改善车身结构都有很大的益处。实际上，即使样车制造出来后，要想获得这几个节点的刚度也是不容易的。反复的试验过程

会耗费大量的人力物力，与现代车身设计快速、高效、低成本的要求相矛盾。因此，借助MSC.Nastran软件进行仿真分析，能够在设计阶段通过虚拟试验的方法同步地得到这些节点的刚度值，实时地提供结构的优劣评价。可以在很短的时间内以较低的成本获得满意的设计。

2 有限元模型的建立

为了分析车身节点的刚度，且各节点的刚度主要受节点附近的零部件的结构的影响，故仅对节点附近的零件建模。实际建立模型时是从BIW模型上直接截取各节点附近的模型后经过适当整理后得到各节点的有限元模型。

2.1 网格划分

采用CQUAD4和CTRIA3单元进行网格划分，以CQUAD 4单元为主，仅在需要过渡和协调的地方采用CTRIA3单元，焊点采用RBE2单元模拟。各节点模型的结点数和单元数见表1。

表1各节点模型的结点数和单元数

2.2 材料与属性

计算中所使用的材料参数如下：

弹性模量：2.1×105M P a

材料密度：7.9×10-9Ton/mm3

泊松比：0.3

长度单位为：m m

2.3 边界条件

约束各模型除加载位置外所有的截断边的X，Y,Z方向的位移自由度。每个节点均分按3个工况加载，各工况的定义如下：

工况1 ：沿车身坐标系的X方向加载，大小为500N。

工况2 ：沿车身坐标系的Y方向加载，大小为500N。

工况3 ：沿车身坐标系的Z方向加载，大小为500N。

图2 各节点的有限元模型

3 计算结果

各节点的刚度定义为载荷与位移的比值，即F/D,单位为N/mm 。各节点在X 、Y 、Z 方向的刚度值如表1所示。

表1 各节点的刚度值

本文中仅列出A 节点的变形图和应力图。

节点C

节点D

图3 A节点在X方向载荷下的变形图和VonMises应力图

图4 A节点在Y方向载荷下的变形图和VonMises应力图

图5 A节点在Z方向载荷下的变形图和VonMises应力图

4 分析与结论

从计算结果看，B节点在Y方向载荷的作用下刚度较差。实际上，在整车的模态分析中也显示出这个问题，其一阶扭转模态的振型反应出此处的刚度偏低。应采取措施加大B柱上根部在Y方向的刚度。

5 参考文献

[1] MSC.Nastran 2001 Reference Manual