068-汽车车身节点有限元分析
有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
首先,本文应用有限元方法进行客车车身计算,利用ANSYS软件,把工程上的客车 车身结构转换成能为有限元计算模型。考虑客车实际运营状态,选取匀速直线行驶、扭 转、紧急制动以及急速转弯等四种典型工况,对客车车身结构的强度和刚度等静力学特 性进行研究。
汽车结构的常规有限元分析
汽车结构的常规有限元分析唐述斌本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段,阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题,简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法,建立汽车设计标准的方法,以及3个强度分析范例。
范例1说明了有限元分析应注意的内容,范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。
汽车是艺术和技术的结合。
一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高,车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求,质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。
在竞争日益激烈的汽车市场,汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。
采用有限元的常规分析技术,用计算机辅助设计代替经验设计,预测结构性能、实现结构优化,提高产品研发水平、降低产品成本,加快新产品上市。
1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中,一般有如下5个同步的有限元分析阶段:第0阶段:对样车进行试验和分析;第1阶段:概念设计阶段的分析;第2阶段:详细设计阶段的分析;第3阶段:确认设计阶段的分析;第4阶段:产品批量生产后改进设计的分析。
有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。
有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。
在详细设计阶段,有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析,有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。
2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。
通过力学分析,把实际工程问题简化为有限元分析的问题,提出建立有限元模型的具体意见和方法,确定载荷和位移边界条件,使得有限元分析有较好的模拟(仿真)效果。
前处理自动生成的网格可能存在问题。
建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。
在结构的几何图形上,划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。
在用有限元分析的前处理自动生成网格时,特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意,有可能存在问题,应引起注意,必要时加以改进。
基于有限元的白车身模态刚度CAE分析及其优化
摘要汽车工业发展到今天,汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一,特别是轿车车身,它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。
近几十年来,人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高;由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争,又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本,因而引发材料工程与制造业巨大的变化,并促使设计理念和设计方法不断改进。
有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法,亦即在力学模型上近似的数值方法,它在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用先进的CAE技术,以某轿车白车身为主要研究对象,在Hyperworks软件下,建立了轿车白车身详细有限元模型,进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析,以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。
并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化,以达到轻量化的目的,提高白车身的经济性和安全性,满足市场需求。
关键词:白车身模态刚度Hyperworks 优化备注:因要遵循公司保密条约,本论文数据已处理。
Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年,我国汽车工业快速而稳步发展,打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。
某轿车车身有限元建模及静动态特性分析
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东北大学硕士论文
Abstract
bending&torsional stiffness and vibration characteristics of the body structure is performed. Keywords: car body; finite element; stiffness analysis; modal analysis; static case; free case
东 北 大 学 2006 年 02 月
A Dissertation in Vehicle Engineering
FE modeling and static&dynamic characteristics analysis of certain car body
by Yang Yuekai
Supervisor: Associate Professor Yang Ying
IV
东北大学硕士论文
目录
目
录
I II
独创性声明 ......................................................... 摘 要 ............................................................. Abstract ...........................................................
汽车车架的有限元分析
之后, 岩森又介绍了实现在栅极氧化膜及布线工艺的高可靠性方面所做的工作。比如, 在沟道栅极结构 的 LDMOS 上, 加厚沟道上部的栅极氧化膜厚度, 在没有追加掩模的情况下, 仍然“ 确保了与平面结构媲美 的栅极氧化膜寿命”。另外在布线方面, 通过调整工艺方法, 提高了通孔的金属覆盖性, 并减小了布线间隙。
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汽车的电子化和半导体的可靠性
电装器件开发部部长岩森则行 9 月 1 日在东京发表了题为“ 自动化的电子化和半导体的可靠性”的演 讲。岩森介绍了与市场相关的数字。他说“: 汽车市场增长率仅为 2% , 尽管不是太高, 但今后仍会稳定增 长”。还预测“ 车载半导体占整个半导体市场的比例 2007 年为 7% , 2015 年将达到 10% ”。
轻型汽车技术 2008( 9) 总 229
图 7。 在对第二种情况进行分析计算时, 将右前轮和
左后轮固定, 约束其垂直方向的位移; 将左前轮抬 起, 右后轮悬空, 给左前轮输入垂直向上的位移而右 后轮输入垂直向下的位移, 经过分析计算得出应力 云图和位移图。图 8 和图 9 是部分区域应力云图和
技术纵横 11
最大位移值
5.8
发生部位
后横梁处
197
前 、后 桥 在 左 纵 梁 上 的 投 影 处
238.9
后 钢 板 弹 簧 前 横 梁 和 后 横 梁 之 间 的 左 、右 两 纵 梁 约 束 点 处
第7章 车身结构有限元分析及优化设计【汽车车身结构与设计】
在车身有限元分析中需注意以下几个问题 :
1)复杂曲面网格的划分 2)边界条件的设 有限元法在车身结构分析中的应用
汽车结构有限元分析的应用主要涉及以下内容 : (1)可靠性:在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、
强度、稳定性以及疲劳寿命进行分析; (2)安全性:研究结构耐撞性与乘员安全性等; (3)经济性:研究结构优化及轻量化等; (4)舒适性:进行结构噪声振动分析等。
ANSYS软件实现优化方式: • 批处理方式——APDL语言 • GUI交互方式——一般用户
以GUI优化方式为例,进入优化设计器OPT,执行优化分析过程: 首 先 指定分析文件 ; 声明优化变量,包括设计变量、状态变量和 目标函数 ; 选择优化工具或优化方法 ; 进行优化分析 ; 查看优化设 计序列结果;最后检验设计优化序列。
杆(Bar) 壳单元(Shell)
承受拉伸载荷的细长结构,如某些限位约束可简化为刚性杆,车骨架在拓扑优化 设计等
汽车结构有限元分析汽车结构有限元分析实例
模态分析不考虑外力和阻尼,仅从质量和刚度 的平衡来求特征值和振动模态。与静态分析不 同,模态分析分为自由模态与约束模态。自由 模态可以不施加约束,此时有六阶刚体模态, 刚体模态对应零频率。
合理的车身模态分布对提高整车
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。
汽车结构模型化
2》汽车结构模型化准则 (1)用准确的力学组件构造模型 杆、梁、板壳与实体是构造模型的主体,要根据结构
的受力状况,选择合适的力学组件,既要反映结构受 力特点,又不必片面追求高级组件,尤其是不要一切 都用三维实体建模。 (2)用适当的规模构造模型 计算网格密度、分析精度和分析时间之间的平衡。 (3)施加正确的载荷与边界条件 载荷准则; 标准载荷,标准载荷使得各分析计算结果具有可比性。 边界条件与支承条件 (4)避免结构约束不足形成机构
板、梁、实体混合单元的车架计算模型。 悬架系统采用等效方式建模 。
轻卡车架模型 与中卡车架模型
---know-what ---know-how---know-why---
以上实例说明,汽车结构有限元强度 分析问题,需要完成一系列的工作,并不 仅仅是建模本身一项。首先要了解汽车构 造,确定承受载荷,完成约束分析,通过 逐步细化建立有限元模型,进而分析结构 应力,预测应力分布趋势,同时要使改进 设计符合制造工艺要求,帮助确定最终设 计方案。
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。
轻型客车白车身有限元建模及动静态特性分析
研究问题和假设
本次演示的研究问题主要集中在客车车身骨架结构的有限元分析方面,包括 车身骨架结构静动态特性分析、碰撞安全性能评估和结构优化设计等。在此基础 上,本次演示提出以下假设:
1、客车车身骨架结构有限元分析方法的有效性和可靠性得到了充分的验证;
2、客车车身骨架结构在各种工况下的静动态特性和碰撞安全性能可以通过 有限元分析准确模拟;
在碰撞安全性能方面,客车车身骨架结构的吸能性能和抗撞性能是碰撞安全 性的关键因素。有限元分析结果表明,采用合理的吸能材料和结构设计可以有效 提高客车车身骨架结构的吸能性能和抗撞性能。碰撞安全性能还受到车辆速度、 碰撞类型和碰撞位置等多种因素的影响,因此需要对这些因素进行全面考虑和评 估。
谢谢观看
1、建立模型:首先需要建立高速电主轴的精细模型,包括电机、主轴、轴 承等各个部件,并对模型进行必要的简化,以提高计算效率。
2、划分网格:将模型进行细网格划分,以便更精确地计算主轴的动静态特 性。
3、施加约束和载荷:根据实际情况,对模型施加必要的约束和载荷,如重 力、电磁力、热力等。
4、进行求解:通过有限元分析软件进行求解,得到主轴的动静态特性数据。
在静态特性方面,静态应力分析可以反映车身在不同载荷作用下的应力分布 情况,有助于评估车辆的结构强度和刚度。通过观察分析这些结果,可以全面了 解白车身的动态和静态特性,为车辆性能优化和安全性提升提供依据。
结果分析
通过对轻型客车白车身的有限元建模及动静态特性分析,可以得出以下结论:
1、有限元建模可以准确地模拟出白车身的结构和材料特性,为动静态特性 分析提供可靠的基础。
引言
高速电主轴是现代数控机床的核心部件,其动静态特性直接影响到机床的加 工精度和稳定性。随着科技的不断发展,有限元分析方法在机械领域的应用越来 越广泛,为机械设计和优化提供了强有力的支持。本次演示将通过有限元分析方 法,对高速电主轴的动静态特性进行深入研究,旨在为提高主轴的性能提供理论 依据。
汽车结构有限元分析第一讲概述PPT演示文稿
1.汽车产品设计流程的变化
—昨天—今天—现代—将来
设计 制造 试验
再设计
设计 ( CAD)
虚拟试验 ( CAE)
制造
试验
再设计
再设计
设计 概 念 设 计 优 化 ( CAD)
虚拟试验 ( CAE)
制造
试验
优化 再设计
3
2.世界一流的产品研发流程
世界一流的产品研发流程–30个月
步骤 关键点 Байду номын сангаас置 造型 CAE工程
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9.结构有限元模型
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结构有限元模型实例
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结构有限元模型实例
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结构有限元模型实例
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10.有限元方法学习
有限元法基本研究方法:结构离散—单元分析—整体求解; 有限元法实施过程:前处理—中处理—后处理;
(数据准备、网格划分)--(刚度矩阵、分析计算)--(数据分析、结果评价)
❖建立有限元计算模型,难点是如何精确的建立模型; ❖计算模型中各种支承、连接要与实际结构相符; ❖确定载荷,尤其是动态载荷、路面载荷等;
的全过程实现分析设计与试验的协调。
5
4.“V字形”开发流程
6
5.结构有限元分析重要性
汽车CAE技术的应用面向整车开发 的全过程,在汽车开发过程(概念设计详细设计-样机验证-定型生产)中实现全 过程、整车及部件级虚拟样机仿真,减 少原型车试验次数,降低生产成本、缩 短新车研发周期。随着CAE应用深度及广 度的提高,实现CAE工作的规范化和制度 化是提升企业的技术能力和市场竞争力 的有力保证。
基于有限元分析模型建立的轿车车门动态特性分析
【 关键 词】 车门; 有 限元分析 ; 模态分析 ; 刚度 分析
Dy na mi c Cha r a c t e r i s t i c An a l y s i s o f t he Ca r Do o r Ba s e d
o n t he Fi ni t e . e l e me nt Ana l y s i s Mo d e l
r e t i c l a b si a s f o r c h o o s i n g t h e b e t t e r p r o j ct e a n d o p t i m i z i n g t h e s t r u c t u r e o f t h e p r o j e c t .
ZHA0 J i a n - n i n g
【 A b s t r a c t 】 T h e c a r d o o r i s a n i m p o r t a n t p a r t o f t h e c a r b o d y , t h e d e s i g n q u a l i t y d i r e c t l y a f f e c t t h e v e h i c l e ’ s s a f e t y , t h e
【 K e y W O l d S 】 c r a d o o r ; i f n i t e e l e m e n t a n l a y s i s ; m o d l a a n l a y s i s ; s t i f f n e s s na a l y s i s [ 中图分类号 ] U 4 6 3 . 8 3 + 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号 )1 6 7 4 — 3 2 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 1 — 0 0 3 9 — 0 4
车架有限元分析
车架有限元分析以ANSYS软件为分析工具对从国外引进的某重型车的车架进行了有限元分析、模态分析和以路面谱为输入的随机振动分析,通过用壳单元离散车架及MPC单元模拟铆打传力建立计算模型,研究该车架静、动态性能,了解该车架的优缺点。
车架是汽车的重要组成部分,在汽车整车设计中占据着重要位置,车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。
本文以某汽车公司从欧洲引进的某重型车车架为研究对象,对该车架结构的动、静态特性进行分析计算,消化、吸收欧洲的先进技术并在此基础上进行自主创新设计。
分析手段主要是通过建立正确的有限元分析模型,对车架进行典型工况的静态分析、模态分析和路面不平度引起的随机振动分析,以此了解车架的静态和动态特性,了解该车架的优越性能及其不足之处,为新车架的改型设计提供依据。
1 有限元分析模型的建立该车架为边梁式,由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成,用铆接或焊接方式将纵梁和横梁联接成坚固的刚性结构,纵梁上有鞍座,其结构如图1所示。
由于车架是由一系列薄壁件组成,有限元模型采用壳单元离散能详细分析车架应力集中问题,可以真实反映车架纵、横梁联接情况,是目前常采用的一种模型。
该车架是多层结构,纵梁断面为槽形,各层间用螺栓或铆钉联接,这种结构与具有连续横截面的车架不同,其力的传递是不连续的。
该车架长7m,宽约0.9 m,包括双层纵梁、横梁、外包梁、背靠梁、鞍座、飞机板、铸铁加强板、发动机安装板、三角支撑板和后轴等部分。
考虑到车架几何模型的复杂性,可在三维CAD软件UG里建立车架的面模型,导人到Hypermesh软件中进行网格划分等前置处理,然后提交到ANSYS解算。
车架各层之间的铆钉联接,可以用Hypermesh-connectors中的bar单元来模拟铆钉联接,对应的是ANSYS的MPC单元,因车架各层间既有拉压应力,又有剪应力,故MPC的类型应选择Rigid Beam方式。
由于该车是多轴车,为超静定结构,为了得到车架结构的真实应力分布,必须考虑悬挂系统的变形情况。
汽车车身有限元分析与碰撞安全性能研究
汽车车身有限元分析与碰撞安全性能研究随着汽车行业的快速发展和人们对车辆安全性能要求的不断提高,汽车车身的有限元分析和碰撞安全性能研究成为当前汽车设计领域的重要课题。
有限元分析是一种借助计算机模拟数值计算的方法,可用于预测车身在碰撞中承受的应力、变形和破坏情况,从而评估汽车的碰撞安全性能。
汽车车身的有限元分析是基于有限元方法的应用,该方法通过将复杂的结构分为多个小的有限元单元,利用有限元理论和方法,对每个有限元单元进行力学分析,然后再整合到整个结构中。
这种方法可以较准确地模拟汽车车身在碰撞过程中的应力变化和变形情况,进而评估车身对碰撞的承载能力。
有限元分析在汽车车身设计中的应用可以提供以下几个方面的信息:首先,它可以预测车身在不同碰撞情况下的应力和变形情况,从而为车身结构的优化设计提供依据;其次,有限元分析可以评估车身在不同碰撞类型下对车上乘员的保护作用,进而指导车身结构的改进;此外,有限元分析还可以帮助设计师评估不同材料和结构设计对碰撞安全性能的影响,进而选择合适的材料和结构方案。
在进行有限元分析之前,首先要对汽车车身进行几何建模,将车身结构分成小的有限元单元,并设置合适的边界条件。
针对不同的碰撞载荷情况,需要选择适当的模型和材料参数。
然后使用有限元分析软件进行计算,对车身在碰撞过程中的应力变化和位移进行模拟,并进行结果分析和评估。
碰撞安全性能研究在汽车设计中扮演着至关重要的角色。
通过有限元分析,可以评估车身在不同碰撞类型下的变形情况和承载能力,并得出结论来指导车身结构的改进。
例如,可以通过优化车身结构,增加车身刚度和强度,以提高车辆在碰撞中的耐受能力。
此外,还可以通过优化各部件的布置和连接方式,以增强车身的整体刚度和抗变形能力。
碰撞安全性能的研究还可以帮助设计师选择合适的材料和结构设计方案。
例如,通过对不同材料和结构的有限元分析,可以评估它们在碰撞过程中的表现,并确定最优方案。
这有助于降低车辆的重量和成本,同时确保车辆在碰撞中的安全性能。
汽车白车身检具精度有限元分析
z z z PsgiolePfrp
Equipm ent M anufacturing Technology No.07,2016
首先测量检具底板的平面度 (检具 出厂要求 为平 面 挠度 。通 过增 加 可 以调整 高 度 的支撑 点后 ,上 下调 整
度 ≤0.15 mm,仅 针 对 该 检具 )。实 际 测 量平 面度 为 底 板 的平 面 度 ,最 终使 检 具 的底 板 平 面度 可 以调 整
所 示 ,整 个 检具 底 板 结构 在 支 撑脚 的作 用 下 ,将 整个 3 国 内测 量 技 术 发 展 展 望 检 具 底板 结 构 视 为 简支 梁 结构 。根 据 简支 梁 在均 布
荷 载 下 的最 大 挠度 在 跨 中【l1,根 据简 支 梁挠 度 的计算 公 式 : y一 =5q14/(384EI),式 中 :y一 为 梁跨 中的 最 大 挠 度 (mm),q为 均 布线 荷 载标 准 值 (kN/m),E为 钢 的弹性 模量 ,,为 钢 的截 面惯 矩 (mm ),可 在 型钢 表 中 查得 。根据计算公式可知 ,当 f减小时 ,即跨度减小
(1)合 理 设 计 检 具 结 构 ,在 设 计 时 ,应 用 有 限 元 仿真分析 ,优化检具结构 ,提高检具 的刚度 。如底板 的框架结构可以参考桁架结构 ,因桁架结构刚性好 , 在起 重机 中广泛应 用 [21。
(2)提高检具的制造质量 ,特别是焊接质量及热
实际测量检具的位移变化量要 比仿真结果 的位 处 理 质 量 ,减 小检 具 本 体 内部 应 力 ,减 小检 具 本 体 的 移量更大 ,实际应用的环境复杂 ,很多因素均会影 响 变形 量 。
根 据检 具 的 布置情 况 ,近似 为 均布 载荷 。如 图 1
汽车结构有限元分析--第五讲汽车结构有限元分析指南
汽车结构有限元分析--第五讲汽车结构有限元分析指南版权所有,仅供学习之用第五讲汽车结构有限元分析指南合工大机械与汽车学院2010年2月准确化建模几何模型—-力学模型---计算模型经济化建模试算模型---实用模型---精确模型精确建模-准确加载—正确约束---明确分析{详细解释与回答上述问题}结构设计是指系统中零部件尺寸大小和几何外型的设计。
有限元结构分析则是利用有限元方法,解释与分析结构受力变形等的原因,判断原结构设计的可行性、可靠性等,预见结构的性能及行为,为结构改进设计及优化设计提供指导。
制定分析方案结构计算模型结构分析方法1、一般规定了解分析对象相关设计标准或规范所提出的要求,了解各种评价指标,注意分析所能涉及的适用范围,有无确定的设计目标,充分掌握图纸资料(包括相关部件强度计算书、安全系数、总布置图、载荷布置图、轴荷、材料等与设计有关的数据资料).2、一般要求汽车整车、总成或零部件都各自有要满足的技术要求。
从结构分析角度来说,主要是解决汽车结构可靠性、安全性、经济性和舒适性等问题,各种要解决的问题又相互关联,主要内容有以下几个方面:强度要求:底盘结构,车身结构,车架结构,四门两盖,悬架部件,横向稳定杆,转向杆、车轮等,分析计算的目的在于研究确定在各种计算工况下主要构件是否具有足够的强度。
刚度要求:白车身弯曲与扭转刚度,车架弯曲与扭转刚度,开闭件(四门两盖)刚度等;振动与噪声要求:发动机振动与噪声,进排气系统振动与噪声,车身振动与噪声,整车振动与噪声,动力总成隔振,制动器振动与噪声,离合器振动与噪声等---涉及乘坐舒适性等;碰撞安全性要求:研究结构对乘员安全的保护性和耐撞性等;疲劳耐久性要求:研究结构动态特性--涉及零部件疲劳寿命等。
例如车门设计对结构方面所提出的技术要求有:(1)车门应有足够的刚度,不得因正常情况下的外力引起车门变形、下沉从而影响车门开关的可靠性。
在关门时不得有敲击声、行驶时不允许产生振动噪声。
轻型客车车身有限元建模及建模精度分析
能 缩短开 发 周期 , 节省大 量 的试 验 与生 产费 用 。实
践和实验证明, 众多近似分析方法 中, 有限元法是运 用最为成功、 最为有效的数值计算方法。 对 于复杂 曲面造 型 , 用 C D 造 型软 件 相 对 于 使 A C E软 件 , 操作 上 方 便 一 些 。首 先 通过 C D造 型 A 在 A 软件 根据 工程 图或 者 实 地 测绘 的尺 寸 来 建 立结 构 的
C D模 型 。这样 的模 型 一 般包 括 曲面 、 A 曲线 、 的信 点 息 。然后 , 单 个 零 件 的 C D 文 件 ( 常 分 为 . 将 A 通 pr文件 ) 换 为 C E软件 能 够 识 别 的 一种 文 件 格 at 转 A 式 。再将 其 导人 C E软 件 中。经 过 拓 扑 修 正 , A 网格 划分 , 来得 到 单个 零 件 的 C E模 型 。再 通 过 总 成 装 A 配来 完成 结构 的 C E建 模 。其 基 本 流 程 如 下 : 立 A 建 结 构 三维 C D实 体模 型 导人 有 限元 分 析软 件一 零 A 件拓 扑修 正_ 划分 网格 , + 网格 修 改一 总成装 配一 定义
K wod : a oy f i l n t ( E ; oe; r io rs cr d ; nt ee t h F M) m l pe s n b i e me me o d d ci
1 有 限元 建 模 方 法 与 流 程
汽 车 的更 新 换 代 很 大 程度 上 取 决 于 车 身 。在汽 车新 车 型的开 发 过 程 中 , 身设 计 一直 占据 着 主导 车
Ab t a t n te a t l ,t e k y p o lm ft e mo e ig o nt lme tme h ss mmaie . h h e i n in C sr c :I h r c e h e rb e o d l ff i ee n t o i u i h n i e d rz d T e t re d me so AD
汽车车身有限元分析与研究的开题报告
汽车车身有限元分析与研究的开题报告一、研究背景汽车是现代社会中不可或缺的交通工具,而汽车车身是汽车的重要组成部分之一。
车身的质量、强度等性能对汽车的整体安全性、经济性、舒适性等方面起着至关重要的作用。
因此,汽车车身的研究和分析对于汽车行业的发展和汽车产品的改进都具有重要的意义。
有限元分析是一种利用计算机数值模拟方法进行结构分析和优化设计的技术。
它可以分析汽车车身在静态和动态工况下的受力情况和变形情况,并确定车身的强度、刚度等性能。
因此,应用有限元方法对汽车车身进行分析和研究,可以为汽车的设计和制造提供科学依据。
二、研究目的本研究旨在利用有限元方法对汽车车身进行分析和研究,探索车身在不同工况下的受力情况和变形情况,确定车身的强度、刚度等性能指标。
三、研究内容1. 车身有限元模型的建立通过对汽车车身的结构和尺寸进行建模,利用有限元软件将车身模型转换为有限元模型,并进行网格划分和材料特性的定义。
2. 车身静态强度分析在静态荷载作用下,利用有限元方法对车身的应力、应变分布进行分析,并确定车身的最大应力、最大应变等强度指标,分析车身在不同工况下的受力情况。
3. 车身动态响应分析在动态荷载作用下,对车身进行振动分析,探究车身在不同频率下的固有振动频率和振幅,并分析车身在不同工况下的响应情况。
4. 车身优化设计根据以上分析结果,对车身的结构进行优化设计,调整车身结构和材料,提高车身的强度、刚度等性能指标,以达到更好的安全性、舒适性等目标。
四、研究意义和预期成果本研究可以为汽车设计和制造提供科学的理论参考和技术支持,优化车身结构和材料,提高汽车的整体性能指标,进一步推进汽车工业的发展。
预期成果包括完成汽车车身有限元模型的建立,实现车身的静态强度分析、动态响应分析和优化设计,并得出汽车车身的相关性能指标。
车身课程设计_车顶盖的有限元分析报告
汽车车身结构与设计课程设计题目汽车车顶盖的有限元分析班级12车辆工程(2)班姓名学号指导教师智淑亚汽车车顶盖的有限元分析随着汽车时代的到来,人民的生活因汽车普及而愈加便利,汽车已成为人类社会生活中不可缺少的工具,汽车工业也已成为许多发达国家的支柱产业。
汽车车顶盖的生产是汽车制造的一个重要生产过程。
在板材冲压成形技术中,以汽车覆盖件为代表的大型薄板零件的冲压成形技术已发展成为一个很重要的组成部分。
ANSYS是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件,广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域,可在微机或工作站上运行,能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及耦合分析,并且具有强大的前后处理功能。
ANSYS的流场分析求解模块FLOTRAN 基于能量守恒、质量守恒和动量守恒,能求解流场速度、压力、温度分布等参数。
利用ANSYS软件对干气密封面结构处的流场进行仿真分析,能够为干气密封面结构的合理设计提供理论依据。
一、车顶盖的结构与功用车顶盖指车厢顶部的盖板。
对于轿车车身的总体刚度而言,顶盖不是很重要的部件,这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。
从设计角度来讲,重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡,以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。
当然,为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度,一般在顶盖下增加一定数量的加强梁,顶盖层敷设绝热衬垫材料,以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。
车顶盖通常分为固定式顶盖和敞篷式顶盖两种,固定式顶盖是常见的轿车顶盖形式,属于轮廓尺寸较大的大型覆盖件,车身整体结构的一部分。
它具有刚性强,安全性好,汽车侧翻时起到保护乘员的作用,缺点是固定不变,通风性能差无法享受到阳光及兜风的乐趣。
敞篷式顶盖一般用于档次较高的轿车或跑车上,通过电动和机械传动移动部分或全部顶盖,可以充分享受阳光和空气,体验兜风的乐趣。
缺点是复杂,安全性和密封性较差。
_有限元技术在载货车辆车架分析中的应用
2006年第2期车辆与动力技术V ehic l e &Pow er T echno l ogy总第102期收稿日期:20050928作者简介:廖日东(1972),男,副教授.文章编号:10094687(2006)02005406有限元技术在载货车辆车架分析中的应用廖日东, 王 健, 左正兴, 冯慧华(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京 100081)摘 要:详细阐述了有限元方法在载货车辆车架结构分析中的关键技术应用,介绍了有限元方法在车架结构分析方面的主要研究课题,最后提出了该领域存在的一些问题.关键词:车架;有限元;刚强度;结构中图分类号:U 469.2;TB115 文献标识码:AApp li cati on of F i n ite E l e m entAnal ysis ofHeavy Vehicl e Fra m esLI A O R i -dong ,WANG Jian ,ZUO Zheng -xing ,FENG H ui -hua(Schoo l ofM echanica l and V ehicu l a r Eng i neering ,Be ijing Instit u t e o f T echno logy ,Be iji ng 100081,China )Abst ract :W ith r egar d to t h e struc t u re cha r acteristic o f heavy veh icles fra m e ,t h e derelop m ent of finite ele m en tm ethod is discussed detailedl y ,and t h e m a j o r r esea r ch dir ec tion o f t h e struc t u re analysis o f fr a m eby finite e l e m entm e t h od is introduced.In t h e end so m e existing proble m s in this fie l d and pu t far wa r d .K ey w ords :veh icle fra m e ;finite ele m entm ethod ;stiffness and str ength ;str ucture 增大车辆承载能力,实现结构轻量化,提高车辆的使用寿命,是载货车辆设计的首要任务[1].车架作为整个车辆的核心总成,其结构性能对车辆的整体性能有着很大的影响.车架是一种复杂的超静定结构.车架不仅要承担安装在其上面的部件和运载货物的载荷,而且还要承受行驶时路面不平带来的随机激励,以及动力传动系扭转振动的影响[2],这给车架的结构分析带来很大的困难.早在五六十年代,车架刚强度设计是经验设计方法,即利用材料力学、结构力学和弹性力学的经验公式对简化的车架结构进行分析设计[3].这种根据组合梁的刚强度理论来实现的方法简单易行,但是对结构做了大量的简化.因此不可避免的会造成车架各部分强度不合理的现象,达不到优化设计的目的.目前,有限元技术已成为车架结构分析领域中最为方便、准确的工具.美国Chrysl e r 公司的Rog -e rs 工程师对有限元分析与试验分析进行过比较,并指出有限元计算结果的最大变形误差不超过5%,而应力误差不会超过10%[4].1 有限元方法在车架分析中应用的关键技术1.1 有限元网格建模技术 有限元建模技术的发展主要经历了手工划分网格和基于几何体生成网格两个阶段.早期的有限元 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用网格是采用梁单元手工建立的,因其规模简单,计算快捷而得到了技术人员的认可,一个车架模型可以用100左右个节点来构成.为了降低模型的规模,需要对原模型做一定的简化,如:用直梁代替曲梁,省去非承载件(减振器支架和弹簧限位块等),圆整构件表面孔及台肩,合并相近节点等[5],如图1所示.尽管采用梁单元模型进行有限元分析可以得到较好的变形结果,但应力分析的能力却是有限的[6].此外,梁单元不能很好地描述较为复杂的车架结构,难以反映横梁与纵梁接头区域的应力分布,且忽略了扭转时截面的翘曲变形[7].图1 手工建立的梁单元模型板壳单元的出现弥补了梁单元模型的缺陷.使用梁单元和板壳单元的组合模型在几何和力学特性上更加逼近于真实结构[8].如图2所示,该模型可以考虑焊接形式、螺栓或铆钉位置、卷边、突起、交支撑等不同的结构形式.尽管这种模型无论从存储规模上还是从计算耗时上要求都相当的高,但随着计算机和软件技术的发展,实现这一目标也已经不成为困难.图2 手工划分的板壳模型随着有限元模型规模的增大,有限元前处理在分析过程中占据了越来越大的比重.这在时间和工作量上大大增加了技术人员的负担.因此,在CAD 建模的基础上出现了一种新型的网格划分方法———基于几何体生成网格的方法.基于几何体的网格生成方法是生成有限元网格最快、最有效的方法.网格尺寸可以直接在边、表面、实体上定义,实体的变动会自动的反映到网格的节点和单元中,大大提高了网格尺寸控制的灵活性.有限元网格的单元尺寸对计算精度有很大影响,一般来说,有限元网格越密,对精确解的数值逼近就越好,但是,越是细密的网格需要的计算成本就越高.文献[9]指出,模型所需单元数目是求解精度和计算成本相平衡的结果,这一结果取决于结构的性质、边界条件以及分析类型.李德信等人在SX360重型自卸车架的网格模型中用20×20mm 细化单元来模拟变截面区域,用80×80mm 的一般单元来模拟其余区域,用过渡单元来连接一般单元和细化单元的方法,保证了有限元计算的精度[10],如图3所示.图3 采用局部网格加密的模型图4 基于中面建立的有限元模近几年,有限元分析对网格划分这一环节的要求越来越严格.首先对实体进行提取中面的操作,然后基于中面模型来划分网格.为了得到更加精确的计算结果,有限元网格主要是在离散误差收敛性分析的基础上建立的.模型的网格密度要与预期的应力应变变化相适应,网格应该在负荷结构急剧变化的区域加密,这些急剧变化的区域一般发生在尖角、弯边、切口、连接点、集中载荷和约束点等处.对外形复杂的部位细化网格可以提高计算精度,而其它部位加大网格则可以提高计算效率.合理的网格优化可以提高计算效率而又保证计算精55车辆与动力技术2006年 度.图4为北京理工大学为北方奔驰某型载重汽车建立的车架有限元模型,该模型采用基于实体中面划分网格的方法,分别使用了梁单元、板壳单元、实体单元、刚性单元以及接触单元等多种单元类型,节点87307个,单元130321个.1.2 车架边界条件的施加技术车架计算的成败很大程度上取决于边界条件的处理.不同的分析工况决定着模型的载荷与约束形式.根据车辆实际运行时的受力情况,车架的应力分析一般仅考虑纯弯曲工况和弯曲扭转组合工况(简称弯扭工况).纯弯曲工况是指车辆的4个车轮在同一水平面上处于静止状态或匀速直线运动状态时的受力工况;弯扭工况是指车辆的右前轮抬起332mm 、左后轮抬起172mm 时的受力工况[11].由于模型简化以及求解方法的种种限制,早期的车架结构仅仅是把外载以集中载荷的形式施加在某个节点上,但像压力之类的分布载荷则需要其他方法.实际上,车辆行驶时由于行驶条件的复杂多变,车辆承受的载荷也是复杂多样的.车架承受的载荷主要包括以下几种:①车架和货箱之间的有效负荷,②驾驶室和乘员的载重,③动力传动系的动态激励,④悬挂系统的动态激励,⑤燃料箱及其他附件的载重作用,⑥车架自重.这些载荷有静态载荷也有动态载荷,其中,车架本身的自重由系统根据材料的比重自动处理为分布载荷加载到结构上,而驾驶室和乘员的重量以及车载附件的重量可以通过集中质量的形式施加在车架上,其重心位置以及与车架间的连接部位用多点约束分摊到相应的节点上.因为这些作用力是静态的,且作用点均为已知,这种简化可以起到减小有限元规模的作用.类似的简化在车架分析方面还有很多,如载货汽车的车架通过钢板弹簧与车轮相连,由于轮胎的变形相对很小,可以处理为车架通过悬架弹簧与大地相连接[12].在满足一定工程精度的条件下这样的简化是可行的.施加载荷时应尽量避免在一点施加集中载荷的出现,因为集中载荷是一种理想化的情况,它会产生一个无穷大的应力集中.可取的方法是用施加等效的均布载荷且加密周围的网格来代替,以在危险点附近得到较好的应力状况.对于车架和货箱之间的等效载荷,历辉和季万琼对此做了详细的探讨[13],解决了货箱纵梁向车架的传力以及货箱纵梁和车架纵梁之间力的分配问题.过去对车架进行有限元计算时一般不考虑货箱的结构形式,相应的只是以均布力的形式施加在车架上.这种简化的计算结果,应力值一般比实验值要大.由实验得知,货箱纵梁与车架纵梁是共同来承受弯曲的,因此,货箱的结构形式以及刚度特性对车架变形和应力分布影响很大,且车架与货箱之间的作用力以集中力形式传递.此外,车架强度随货箱载荷作用位置的移动也发生着变化,在后悬后部和前悬前部作用垂直向下的载荷时,车架上的应力主要是正应力;而其它部位作用同样载荷时,车架上应力主要是负应力[14].这为有效改善车架应力分布状况提供了参考.求解车架的平衡方程时,需要有足够的约束条件以消除车架的整体刚体位移,才能避免刚度矩阵的奇异性,求出车架因受力而引起的节点位移,但是又不能使车架结构产生过多约束.车架的约束条件其实是通过悬架和轮胎与大地相连来实现的,因此,忽略轮胎的变形后可以直接约束悬架的下端点.悬架的刚度和车架整体刚度比起来要小很多,仅约束悬架还是无法保证车架不发生刚体位移,可以通过在车架两端施加不同方向的软弹簧来实现车架的受力平衡,如图5所示.图5 使用弹簧元来约束车架刚体位移1.3 部件连接以及相互作用的模拟由于计算模型和计算精度的要求不同,连接特征的处理方法也存在着很大的差异.过去的做法是使用刚性连接来代替柔性连接,或将车架当作一个整体零件来处理.这样处理和实际情况有较大的误差,增大了车架结构的刚度和强度.如果不考虑零件间的装配和搭接作用,连接处的刚度可能会比实际情况增大几十倍甚至上百倍[15].目前,车辆行驶路面复杂多变,而且车速又高,铆钉及螺栓失效、连接板撕裂现象多有发生.分析原因可能是汽车行驶时车架受到扭转,使连接板产生应力集中,铆钉受到很大拉力造成[16].通常对车架强度起决56 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用定作用的是连接区域的正应力,如果忽略连接处的柔度将无法准确计算该区域的应力分布,给计算结果带来误差[17].关于铆接和螺栓联接的模拟,文献[18]中通过分析比较,认为以点对点的方式建立螺栓单元夸大了连接部位螺栓点的局部应力特征.实际上螺栓在预紧力作用下发生自锁,螺孔周向的点大致与螺栓点的位移相协调,因此,可以采用梁单元与多点约束相结合的连接处理方式,如图6所示.梁单元可以很好的反映出拉压和剪切变形.文献[15]中采用接触算法来进行模拟,计算的应力变形结果更加接近实际情况.由于连接处存在一定程度的应力集中,使得连接处总应力偏大,计算得到的车架将更加趋于安全.但这样做必然会带来运算时间的增加和资源的耗费.图6 螺栓联接的模拟对于焊接的模拟,由于焊接处刚度相对较大,所以将焊点和堆焊处理为刚性单元和多点约束.通过计算发现,影响焊点模拟精度的主要因素是焊点间的间距[19].当节点间距离较小时,采用刚性单元与采用多点约束的计算结果非常接近,而当节点间距离较大时,刚性单元偏柔软,而多点约束则偏刚硬.目前,一些通用商业软件如V irtual Lab 都相应开发了功能强大的焊接单元库,不仅可以考虑焊点和焊缝的区别,还可以选择象角焊、T 形焊等不同的焊接形式,精确度也是相当高的.对于主副纵梁之间的相互作用问题,当假设上下面完全固接时,用材料力学理论便可分析上下梁之间力的分配,但实际上主副梁之间是存在接触和滑移的.周中坚等人研究了货箱纵梁和车架纵梁之间的垫层接触[20],采用上下梁同时建模的方法,中间大变形的非金属垫层采用梁单元来模拟,不仅可以考虑垫层的大变形,还可以考虑上下表面的滑移变形,其计算结果与实测应力比较吻合,如图7所示.上下梁之间的作用方式是一种典型的接触传力,可以采用非线性接触理论来定义车架模型.尽管这种方法可以较真实地表达出传力关系,但必然会增加运算时间和资源耗费.文献[18]中根据薄壳及平板结构假设理论,采用多点约束中的滑移面方法来解决.对于接触点对间的滑移关系,可设为叠合面间法向方向刚性连接,切向方向相对滑动.图7 考虑垫层连接1.4 钢板弹簧的有限元模拟车架是同悬挂系统一起工作的,悬挂系统对车架的刚强度影响很大.为了得到车架结构的真实应力分布,必须考虑悬挂系统的变形情况.在结构计算分析中常把悬挂元件与车架组合起来一起计算,车架的约束来自于与钢板弹簧相连的车轴、轮胎及地面.对于钢板弹簧模型的建立主要有以下几种方法:①把钢板弹簧理想化为两根垂直的弹簧单元和一个刚性单元,如图8所示.刚性梁单元起导向作用,弹簧单元起缓冲作用.这种模型计算结果比实际值偏高,实用性较差[21].图8 钢板弹簧等效模型②将钢板弹簧简化为变截面的梁单元,各单元的截面积可取实际结构的截面积.由于忽略了钢板之间的滑移,截面惯性矩要小于原结构的截面惯性矩,具体数值视钢板弹簧而定[22].③将钢板弹簧等效为一根水平放置的矩形截面梁[5].等效梁宽度B 取钢板弹簧片宽度,通过下式可以求得梁单元的截面高:H =3KL 3/4EB ,其中 K 为钢板弹簧铅垂方向上的装车刚度;B 为截面宽度,即为钢板弹簧的实际宽度;E 为等效梁的弹性模量;L 为等效梁的长度,即钢板弹簧活动吊耳与固定吊耳之间的水平距离.④副簧使悬架拥有较大的变刚度特性,当悬57车辆与动力技术2006年 架变形到一定行程后,副簧才参与支撑[23].文献[24]中考虑了副簧与副簧座的接触作用,将模拟前后板簧的弹簧单元下端分别固连在相应的刚性单元上,约束刚性单元的中心节点.该方法采用非线性静力求解,结果较为精确但计算十分耗时.也可以把副簧的作用简化为支反力施加到主簧上,这种做法为线性静力求解,可以使计算成本大大降低,但无法考虑副簧发生作用的时间历程.2 车架结构有限元分析主要课题2.1 结构静力学刚强度有限元分析 对车架进行静力学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,以便进行刚度和强度的校核[25].使用有限元方法进行求解的过程中会遇到结构的性质、载荷与支撑条件、单元类型等问题.通常,车辆行驶的边界条件较为复杂,与车架结构强弱有直接关系的主要是弯曲工况和弯扭工况.2.2 结构模态有限元分析当外界激励频率与结构固有频率相互接近时,在小阻尼情况下结构将产生共振并伴随有较高的噪声,这将影响到整车以及部件的工作性能、寿命和可靠性.因此,应尽可能掌握结构的固有振动频率,避免共振的发生.固有频率和振型向量是表征振动系统特性的主要物理量,也是车架动态结构设计必不可少的参数.为了得到车架的固有特性,首先要对车架进行模态分析.对于车架这种具有上万自由度的复杂结构,求出全部固有频率和振型向量是相当困难的,也是没有必要的.结构的振动可以表达为各阶固有振型的线性组合,其中低阶的振型对结构的动力影响程度比高阶振型大.因此,低阶振型决定了结构的动态特性,只要计算少数的低阶模态参数便可满足动态分析的工程要求[26].模态分析对有限元网格的质量要求较高,建模时应尽量使单元大小均匀,减少畸形单元的出现.对车架动态特性的评价指标主要有:车架低阶频率应高于悬架下结构的固有频率,而低于发动机怠速运转频率,以避免发生共振现象;车架弹性模态频率应尽量避开发动机经常工作的频率范围;车架振型应尽量光滑,避免突变[8].这些指标对车架结构的合理修改起到一定的指导作用.模态试验分析可识别车架结构振动的模态参数,与有限元计算值比较,可以用来验证有限元模型的正确性.准确的有限元模型是确保计算结果正确的关键.但由于实际情况的复杂性,使有限元模型必须做很多简化,这便会产生误差.校正模型以及检验模型的准确性,就必须借助于模态试验.当有限元数值计算结果与试验结果相近时,建立的有限元模型才可用于后续的静态和动态分析.如果与试验结果相差很大,则要对有限元模型进行修改和优化,使计算结果与试验结果的差距在可接受的范围内[27].2.3 结构动响应有限元分析随着载货车辆工作环境的愈发复杂,仅仅把静强度作为车架结构强度衡量的唯一准则,已不能满足结构设计的要求.在车辆高速行驶状态下,车架的振动问题便会显得日益严重.振动一方面会影响乘坐人员的舒适性,另一方面也会影响车辆本身零部件的寿命.以往,车辆振动是在样车研制出来后才进行研究的,这样做显然存在一定的设计风险.现在通过有限元动态分析方法求出整车的动态特性模型及参数,从而预估车辆的动态特性响应[28].在许多文献[25,26,29,30]中为了使计算简便常采取静载荷乘以动载系数的方法来模拟车辆行使过程中的瞬态受力情况,这种方法主要是考虑动态载荷峰值来进行结构设计.车架受到的动态激励中,路面不平度对车架的动态响应影响最大,运用功率谱密度的方法可以描述路面的概率统计特性.根据I SO/ TC108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法”以及我国GB7031《车辆振动输入路面平度表示方法》中规定,路面功率谱密度G q(n)采用下式作为拟和表达式:G q(n)=G q(n0)nn0-w,其中 n为空间频率,为路面波长λ的倒数;n0为参考空间频率,取为0.1m-1;G q(n0)为参考空间频率下的路面谱值,称为路面不平度系数,单位为m2/m-1;W为频率指数,对于分级路面,其值取为2.由于速度功率谱具有常值特性,为“白噪声”信号,因此在路面谱激励下的随机响应分析中通常采用速度功率谱.3 结束语随着汽车轻量化和降低成本的要求日益迫切,58 第2期廖日东等:有限元技术在载货车辆车架分析中的应用对车架进行合理的设计,改善结构强度,发挥结构的最大功效,已经变得越来越重要.同时,这对运用有限元方法进行结构行为预测也提出了更严格的要求.如何提高有限元预测的分析精度,保证计算结果的可信度,已成为我们关注的最重大的课题.目前,运用有限元方法来进行结构分析还存在着许多问题有待解决.首先,如何建立合理的物理模型来描述实际问题,如结构的受载情况、结构真实的材料特性、结构表面粗糙度和细小裂纹的处理等.其次,如何建立精确的数学模型来描述物理模型,如使用恰当的单元类型来进行模拟、选择合适的单元尺寸来离散结构区域等.再次,结构加工制造过程的模拟,如纵梁冲压后回弹引起的制造误差、成型加工引起的残余应力等.参考文献:[1] 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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。