HyperMesh白车身结构强度分析报告
基于Hyperworks某乘用车白车身刚度及模态分析
Ｍａ ｒ ．２ ０ １ ７
文 章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ １ ９ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ４ ０ — ０ ４
基 于 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｓ 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 ：Ｕ４ ６ ３ ． ８ ２ 文献标 志码 ：Ａ
Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｎｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｍｏ ｄ ａ ｌ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｐ ａ ｓ ｓ ｅ ｎ ｇ ｅ ｒ
ｃ ａ ｒ Ｓ ｂ ｏ ｄ ｙ － ｉ ｎ — ｗｈ ｉ ｔ ｅ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｓ
ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｌ ｏ ｗ． Ｔｈ ｅ ｌ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ａ ｌ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ＢＩ Ｗ ｉ ｓ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｓ ｇ ｏ ｏ ｄ ｌ ｏ ｗ
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 ；Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｓ
第 ３ １ 卷 第 ２期
２ ０ １ ７年 ３月
山 东 理 工 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
白车身强度分析报告
白车身强度分析报告1. 引言白车身是指汽车的主体骨架部分，它承受着车辆的重量和各种外部力的作用。
白车身的强度是保证车辆在运行过程中能够承受各种力和压力而不发生变形或破裂的重要指标。
本文将对白车身的强度进行分析，以提供有关白车身设计和改进的参考。
2. 强度分析方法为了分析白车身的强度，我们可以采用有限元分析（FEA）方法。
有限元分析是一种工程设计和分析的常用方法，通过将结构细分为有限数量的元素，利用数值计算方法对每个元素进行分析，从而得出整个结构的行为。
以下是强度分析的步骤：2.1 几何建模首先，需要建立一个准确的白车身的几何模型。
可以利用计算机辅助设计（CAD）软件或三维扫描技术获得车身的三维模型。
2.2 材料属性定义每种材料都有其特定的力学性质，如弹性模量、屈服强度和断裂韧性等。
在分析中，需要将这些材料属性定义在模型中。
2.3 边界条件设定在分析中，需要考虑车身受到的各种外部力和约束条件。
这些外部力可以是来自引擎、悬挂系统或碰撞等。
同时，还需要考虑车身的支撑条件和连接点的约束。
2.4 网格划分为了对车身进行数值计算，需要将其细分为有限数量的元素。
这些元素可以是三角形、四边形或六边形等。
网格划分的密度和精度对分析结果的准确性有很大影响。
2.5 载荷施加在分析中，需要根据实际情况施加各种载荷，如静载荷、动载荷和碰撞载荷等。
这些载荷将作用于车身结构上，并导致应力和变形的产生。
2.6 求解和结果分析经过以上步骤的准备，可以使用有限元软件对车身进行数值计算。
通过求解有限元方程，可以得到车身在不同载荷下的应力和变形分布。
然后，可以对分析结果进行评估和比较，以了解车身的强度和刚度。
3. 强度改进措施根据强度分析结果，可以提出一些改进措施来增强白车身的强度和刚度。
以下是一些常见的改进措施：3.1 材料优化选择具有更高强度和刚度的材料，如高强度钢或铝合金，可以显著提高白车身的整体强度。
3.2 结构优化通过对车身结构进行优化设计，可以减少材料的使用量，同时提高整体的强度。
基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化
博士 ・ 专家论 坛
基 于 Ｈ ｐ ｒ ｒｓ的某 轿车白车身 刚度分析 及优化 ｙ ｅＷｏ ｋ
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 Ｈ ｐｒ ｒ 建立其有 限元模型 ， 对白车身的扭 转工况和弯曲工 使 ｙｅ Ｗｏ ｓ ｋ 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 Ｔ ０５Ｘ前轴最大负荷 ×轮距 ＝．
得：＝． Ｔ ０５×１０ ×９ １１ ． ８×１ ３ ： ８ ９８ Ｎ・ ． ３ ８ ０ ．７ ｍ ６
（） １
ＦＩ ＝． ８×乘客室负荷
得 ： ＝Ｉ Ｆ ． ８×７ ５×５ ． ６ １ Ｎ ×９８ ６ ５ ＝
扭
２
３ ４ ５ ６ ７ ８
９ １ １ １ ０ １ ２
转 角 ２． ２１ ９７ ３７ ０２ ６８ ３６ ９３ ５７ Ｊ７ ｆ４ Ｏ ｌ Ｉ６ ０７ ． ２ ２ Ｉ０ ｉ． ６ ｉ３ ８ ． ５ ３ ３ ２ ４ ８
／ （ ）
白车身扭转刚度计算公式为 ：
Ｇ ＝ ／ Ｊ Ｔ０ （） 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 ６ ３ ｍｍ、． ２ ． ８ ６６ ｍｍ， ４ ２ 由公式（ ） ３ 和相关的数值 ， 计算 的自车身相对扭转 刚度 为 ：
HyperMesh白车身结构强度分析报告
编号白车身结构强度分析报告编制：日期：校对：日期：审核：日期：批准：日期：目录1.分析目的 (1)2.使用软件说明 (1)3.模型建立 (1)4边界条件 (3)5.分析结果 (3)6.结论 (21)1.分析目的白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要，网格描述见表3.1。
图3.1Q11白车身CAD以及有限元模型表3.1网格描述单元类型四边形单元三角形单元单元数目46970015543三角形单元比例 3.4%焊接模拟Rbe单元及实体单元涂胶模拟实体单元单元质量良好强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。
白车身结构强度分析报告模版
目录1.分析目的 (1)2.使用软件说明 (1)3.模型建立 (1)4 边界条件 (3)5.分析结果 (3)6.结论 (21)1.分析目的白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳图3.1 Q11白车身CAD以及有限元模型单元类型四边形单元三角形单元单元数目46970015543三角形单元比例 3.4%焊接模拟Rbe单元及实体单元涂胶模拟实体单元单元质量良好强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表 3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。
发动机和变速箱、油箱、备胎、冷凝器、前门总成、滑移门总成、后背门总成、发动机罩总成、前排座椅及乘员等使用RBE刚性单元加载到相应总成的安装处。
石朝亮_基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化
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
所以结构响应的灵敏度[2]为：
各板件质量灵敏度和刚度灵敏度值序号质量灵敏度刚度灵敏度序号质量灵敏度刚度灵敏度220e04600e0510157e04841e05286e03292e0211226e04228e04360e04428e0412342e04141e04117e02191e0213123e03109e03509e03123e0214903e04450e04595e04244e0415305e03428e03120e04188e04158e04693e05186467e03730e02119e04151e04187246e03598e03altair2012hyperworks技术大会论文集白车身各刚度灵敏度区间板件42确定优化方案结合上述质量灵敏度和刚度灵敏度的分析结果增厚质量小且对刚度敏感的板件减薄质量大且对刚度不敏感的板件
-3-
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
<1%
1%~3%
3%~5% 图 2 白车身各刚度灵敏度区间板件
>5%
4.2 确定优化方案
结合上述质量灵敏度和刚度灵敏度的分析结果，增厚质量小且对刚度敏感的板件，减薄质 量大且对刚度不敏感的板件。由于白车身中碰撞吸能区、能量传递区和乘员保护区等部位影响 汽车的碰撞性能，在确定优化方案的过程中，这些部位的汽车板件暂不作厚度更改。 在确定零件厚度变化范围时，只要车身零件的厚度调整适度，相应的加工模具就可以不用 改动或只作小改动。根据实际经验，当板件厚度<1.5mm 时，板件增厚与减薄最大值分别为 0.2mm 与 0.1mm；当板件厚度≥1.5mm 时，板件增厚与减薄最大值均为 0.2mm。 最终确定减薄和增厚的部件如图 3 所示，具体参见表 2。
ATC报告_基于Hypermesh二次开发实现汽车结构分析自动化_长安汽车_王朋波
安装孔中心建立局部坐标系
将局部坐标系赋给孔中心节点
新建一load collector并在 孔中载荷约束
为loadstep设置结果输出选项
关于常规分析项的自动化
• 示例2-安装点刚度分析自动化工具
中加标记示警。
命名中加标记示警。
关于建模效率提升
工具1工作步骤
各comp以零件号命名 启动工具程序 根据提示选定CSV格式的BOM表文 件 根据提示输入BOM表材料和厚度 的列号 根据提示选择需要操作的多个co mp 程序根据零件号搜索bom表，确 定相应的行，再根据厚度列号和 列号读取相应数据。 程序对comp重新命名，在命名中 体现厚度和材料信息
费时较长
•通常需要2~3次试算。 •每项分析需要4h~20h。
关于常规分析项的自动化
• 示例1-抗凹分析自动化工具
抗凹性分析自动化工具开发思路
确定选择考察 点的有效方案
采用单点加力方案，选
参数设置模板化
总结多个项目的经验，确 定一套通用性好的Abaqus分 析参数，对于大多数情况均能 保证计算收敛性和精度。
• 检查connector 是否与几何点匹 配，清理重复的 焊点
• 一键显示组件多 项信息。 • 自动统一组件ID 、属性ID和零件 号。 • 清理分析设置仅 保留基本模型信 息。
关于建模效率提升
• 示例1-Batchmesh工具
直接用Batchmesher模块进行网格自动划分，用户需进行以下操作
计算精度
参数设置难以统一，不同的参 数对结果影响较大，且经常不 收敛。
通常需要2~3次试算，需花费 工时2h~10h 。
基于HyperWorks的某商务车白车身刚度分析
９ ２
湖 北 工 业 大 学 学
报
２１ ０ ０年 第 ４期
２ ２ 有 限元分析 计算 ．
根据上 述 １ ３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
１ １ 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 ．
２ １ 主 要步 骤 ．
图 １所示 为利 用 Ｈｙ ｅｗｏｋ ｐ ｒ ｒ ｓ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 ） Ｈｙ ｅＭｅｈ中完 成 ； 点 在 ｐｒ ｓ 求 解利 用 Ｈｙ ｅｗ ｒｓ自带 的 求 解 器 Ｒ ｄｏ ｓ 行 ， ｐｒ ｏｋ ａ ｉｓ 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 ］Ｕ４ ２ ３ ６ ．
［ 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 ７ ０． Ｊ Ｌ／
（） 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 ．
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。
白车身结构强度分析报告
白车身结构强度分析报告项目名称:编制：日期:校对：日期:审核：日期:批准：日期:XX汽车有限公司2013年04月错误! 未定义书签 错误! 未定义书签 错误! 未定义书签 错误! 未定义书签 错误! 未定义书签 错误! 未定义书签目录1. 分析目的 ..2. 使用软件说明3. 模型建立 .. 4 边界条件 ... 5. 分析结果 .. 6. 结 论 .....1.分析目的白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对**白车身分别进行了满载、1g制动、转弯、右前轮抬高150mm左后轮抬高150mm 右前轮左后轮同时抬高150mm,6中工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价**白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct 求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CA环口CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct 是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct 可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立对车身设计部门提供的**白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要，网格描述见表。
图**白车身CAD以及有限元模型强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表）用质量点单元CONM单元模拟。
基于HyperWorks的某电动汽车TB车身强度分析
基于HyperWorks的某电动汽车TB车身强度分析金常忠兰占龙重庆长安汽车股份有限公司北京研究院，北京 102209摘要：车身强度是汽车开发过程中重要性能指标之一。
以某电动汽车车身强度分析为例，使用HyperWorks软件，建立trim body有限元模型。
采用多体动力学载荷分解获取车身5种典型工况下底盘接附点处力和力矩，进行强度分析，并对风险区域进行优化，有效避免了局部开裂风险，为车身零部件开发提供参考。
关键词：HyperWorks；trim body；有限元法；车身强度Trim Body Strength Analysis for Electric Car Based onHyperWorksJin Changzhong Lan ZhanlongBeijing Changan Auto R＆D Center, Changan Automobile Co，Ltd. Beijing 102209 Abstract: Body strength is an important performance target during vehicle development. Taking an electric vehicle body strength analysis as an example, using HyperWorks software, the trim body finite element model was established. Forces and moments of chassis joints under 5 kinds of typical load conditions were obtained by multi body dynamic load divide, which were used to strength analysis. Strength risk regions were found and optimized, which can effectively avoid body crack and provide a reference for the development of body parts.Key words: HyperWorks；trim body；finite element method；body strength1引言汽车在复杂道路上行驶，路面冲击载荷通过底盘传递到车身，可能造成车身零部件局部开裂，从而影响汽车的使用功能及安全性能[1]。
基于HyperWorks—Radioss的某轿车白车身结构模态分析
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。
某乘用车白车身模态分析
2.07×10MPa，泊松比取μ=0.3，密度取ρ=7.83×10Ton/mm。
图1白车身有限元模型1.4白车身连接方式轿车白车身上大约有4000多个的焊点，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、下程为：式中：M、C、K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵；为用物理坐标描述的位移列阵，ẋ（t）为用物理坐标描述将式1）两边通过拉氏变换可得令得其中Z（s）称为阻抗矩阵，代替s进行博氏域处理可得设有一点l，则可得其相应表达式如式（7）其中q r（ω）为阶模态坐标，φl r为测点动系数，N个测点的各阶振动系数组成向量，称为态向量。
由式（8）（9）（10）可得:将式（11）代入式（4）可得:自由振动，F（x）=0，C忽略不计，其运动微分方程可简化为式（13）的解得形式为将式（14）代入式（13）得故该方程有非零解的充要条件是其系数行列式为零，式（16）是特征值问题式的n次代数方程。
1459.09图2白车身第七阶模态振型云图3.2模态结果分析对车身结构的振动影响最大的因素是整车一阶弯曲模态频率与车身结构的整车一阶扭转模态频率，应着重考虑其影响。
因此应保证两者模态频率值至少相差3Hz，以防止一阶扭转模态频率与一阶弯曲模态频率相近或相等而出现耦合现象。
由表2所示，一阶弯曲模态频率与车身一阶扭转模态频率相差大于3Hz，可以防止发生耦合现象，所以设计符合要求。
4结论对某乘用车白车身通过Hyper Mesh软件来建立了车身结构有限元模型，分析了白车身结构模态特性，从而确定了白车身的振型和固有频率，得出了以下结论：①经过分析白车身结构模型一阶模态频率应该大于30Hz，而模态分析中白车身结构的一阶模态频率36.30Hz，设计符合要求。
②经分析白车身车身结构模型，得到一阶弯曲模态频率与一阶扭转模态频率数值相差大于3Hz，可以有效防止图3白车身第八阶模态振型云图图4白车身第九阶模态振型云图图5白车身第十阶模态振型云图图6白车身第十一阶模态振型云图心式旁通滤清器。
XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度仿真分析及优化
XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度仿真分析及优化作者：***来源：《时代汽车》2023年第23期摘要：通過有限元软件对XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度进行仿真分析，根据分析结果有针对性地加强白车身结构，并通过仿真分析验证优化结果。
关键词：白车身强度仿真分析结构验证1 引言白车身是客车整体结构中至关重要的承载构件。
客车的其他配件，如：底盘件、外饰件、内饰件、电气件等，均通过接口安装于白车身[1]。
本文通过有限元软件Hyperworks对XMQ6850AGBEVM城市客车白车身强度进行仿真分析，通过14种典型工况，对白车身进行加载，获取白车身承受应力情况，并基于所得应力情况及分布区域，对白车身结构进行优化，提升白车身强度，减小其所承受应力。
通过本文对于白车身分析及优化，为后续城市客车产品设计提供理论基础。
2 白车身有限元模型建立将XMQ6850AGBEVM城市客车白车身三维数模导入Hyperworks，以建立对应有限元模型[2]。
载荷施加是影响计算结果的关键步骤之一[3]。
根据整备质量及重心参数将白车身相关负载重量施加于对应位置，其中：电池、空调、乘员等用质量点进行模拟，车辆蒙皮、玻璃及其余内、外饰物料用均布质量点进行配重，所建立有限元模型记为XMQ6850AGBEVM_BASE。
根据实车数据，XMQ6850AGBEVM整备质量为9.1吨，在增加乘员质量（23（坐）+49（站））后，满载质量为14吨。
XMQ6850AGBEVM白车身三维数模所建立有限元模型中，对应车身及车架材料定义如下：3 白车身强度分析3.1 载荷描述本文使用Motionview对14种典型工况进行悬架入力提取，将提取的选加入力输入到整车有限元模型中，使用OptiStruct进行分析。
所设定的14种典型极限工况为：（1）1G垂向工况（1G vertical）：指满载状态客车在水平路面正常行驶时，只考虑自身重量对底架结构的影响。
××车型白车身模态CAE分析报告模板
项目名称
××
数据版本
M0/2012.02.25
1/3
文件编号
项目 -CAE-NVH-
分析内容
所属部门
××车型白车身模态CAE分析报告模板
CAE部
1、分析目的 对× × 车型白车身模态进行校核。 2、使用软件 ① 前处理：HyperMesh v10.0 ② 求解器 NASTRAN2010 ③ 后处理：Hypermesh 10.0
3、模型及边界条件
图1：白车身有限元模型
3.1模型说明—白车身NVH焊接模型
3.2 车身材料说明
部件
钣金件 减震胶
材料
steel glue
弹性模量 泊松比 密度
210000 10
0.3 7.89E-9 0.49 1.10E-9
分析版次
REV1秘密级别源自绝密秘密对外保密
原件保管部门
资料室
审核
校对
制作
朱志峰 年-月-日
3.3工况说明—自由状态 ， 频率范围 0----200Hz 4、计算结果—模态阵型云图
2 /3
3 /3
5、分析结论—分析结果是否满足设计要求 XX白车身模态频率是否满足设计要求。
6、优化方向—如分析结果不满足设计要求，对优化方案提供方向性建议
备注：
NVH仿真分析输入规范
●分析所需完整3D数模，含各部件数据，各总成焊点，螺栓连接，粘胶以及装配关系等； ●分析所需完整BOM表，含各部件材料料厚信息； ●如分析为非典型工况，则需提供分析所需载荷及边界条件。
××车型白车身刚度CAE分析报告模板
图3 考核点分布图
4.2绘制白车身弯曲刚度变形曲线（见下图）：
3 /3
图4 白车身弯曲刚度曲线
4.3刚度计算公式K＝F／δ（F为加载力，δ为位移） 4.4刚度云图
图5 白车身弯曲刚度云图
5、分析结论—分析结果是否满足设计要求 XX车型白车身弯曲刚度是否满足目标要求。
6、优化方向—如分析结果不满足设计要求，对优化方案提供方向性建议
项目名称
××
数据版本
M0/2012.02.25
分析内容
××车型白车身刚度CAE分析报告模板
1、分析目的 对× × 车型白车身弯曲刚度进行校核。 2、使用软件 ① 前处理：HyperMesh v10.0 ② 求解器 NASTRAN2010 ③ 后处理：Hypermesh 10.0
1/3
文件编号
项目 -CAE-NVH-
审核
校对
制作
朱志峰 年-月-日
3.3工况说明—
2 /3
约束条件：在前、后悬架与车身连接处，约束X、Y、Z移动自由度；（见图2） 加载条件：在前排左右座椅质心处各施加1000N的垂向力，后排座椅质心处施加 2000N的垂向力
4、计算结果
图2 白车身弯曲刚度加载工况
4.1分析数据处理 在车身纵梁下部和门槛梁下部分布了一系列考核点，通过考核点的X坐标值和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ向变形 量绘制弯曲刚度曲线（见下图）。
所属部门
CAE部
3、模型及边界条件
图1：白车身有限元模型
3.1模型说明—白车身NVH焊接模型
3.2 车身材料说明
部件
钣金件 减震胶
材料
steel glue
弹性模量 泊松比 密度
210000 10
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
编号白车身结构强度分析报告
编制：日期：
校对：日期：
审核：日期：
批准：日期：
目录
1.分析目的 (1)
2.使用软件说明 (1)
3.模型建立 (1)
4边界条件 (3)
5.分析结果 (3)
6.结论 (21)
1.分析目的
白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明
本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立
对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要，网格描述见表3.1。
图3.1Q11白车身CAD以及有限元模型
表3.1网格描述
单元类型四边形单元三角形单元
单元数目46970015543
三角形单元比例 3.4%
焊接模拟Rbe单元及实体单元
涂胶模拟实体单元
单元质量良好
强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。
发动机和变速箱、油箱、备胎、冷凝器、前门总成、滑移门总成、后背门总成、发动机罩总成、前排座椅及乘员等使用RBE刚性单元加载到相应总成的安装处。
由于额定载货质心的不可确定性，无法给定具体质心位置，因此本次分析在经验基础上确定质心位置，并将额定载货分布于后地板多处主要受力点处进行模拟。
具体质量点分布情况可参考图3.2。
表3.2Q11白车身附加质量及质心
序号部件质心坐标（X，Y，Z），mm质量，kg
1发动机和变速箱1036.0，-24.0，187.7130
2燃油箱1958.9，258.4，54.034
3备胎3525.8，94.8，22.212
4散热器-64.2，0.70，350.4 2.5
5蓄电池1061.903,-456.199,270.09410
6前门总成813，±731，671.323/23
7中门总成1763.3，±733.8，649.725/25
8后背门总成3627.1,0,918.727
9发动机罩总成-66.9，0，787 6.5
10主、副驾驶座椅及乘员1195,-295/320,61687.5/87.5
11二排座椅及乘员质量、质心2048.457，-166.498，589.908164
12三排座椅及乘员质量、质心2896.054，0，617.012243
13仪表台质量、质心475.8，13.3，813.85
14行李3341.6，0，421225
15白车身质量1769.404,-0.7,552.975309
16整车满载状态质量参数1858.4，-3.7，497.81810
图3.2Q11白车身附加质量分布
4边界条件
以满载状态下计算车身在以下工况下的强度应力。
计算工况包括满载工况（工况1）、制动工况（工况2）、转弯工况（工况3）、右前轮抬高150mm工况（工况4）、左后轮抬高150mm工况（工况5）、右前轮左后轮同时抬高150mm（工况6）。
载荷如表4.1所示。
表4.1Q11白车身强度分析工况载荷
工况载荷（加速度）
满载-Z向1g满载
制动-X向1g；-Z向1g满载
转向-Y向0.8g；-Z向1g满载
右前轮抬高150mm-Z向1g满载
左后轮抬高150mm-Z向1g满载
右前轮左后轮同时抬高150mm-Z向1g满载
5.分析结果
5.1满载工况：
满载工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身应力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.2制动工况
1g制动工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.3转弯工况
0.8g转弯工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.4右前轮抬高150mm
右前轮抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁Q11纵梁
5.5左后轮抬高150mm
左后轮抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮
壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.6右前轮左后轮同时抬高150mm
右前轮左后轮同时抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
通过以上6中工况的计算，综合Q11所用材料的屈服强度值(见表5.1)，下面列出各种工况下主要零部件的应力值，见表5.2。
表5.1Q11车身所用部分材料及其强度参数
材料名称屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)
DC01130-260≥270
DC03120-240≥270
DC04140-210≥270
DC06100-180≥250
08F175295
20245410
表5.2主要零部件的应力值及其安全系数统计表
零件名满载工况制动工况转弯工况右前轮抬
高150mm
左后轮抬
高150mm
右前轮左
后轮同时
抬高
150mm
前轮壳48.77201.3151.0384.3300.0275.8后轮罩24.2530.3742.7138.6657.3266.07顶盖37.4941.20125.2133.6289.3302.1后地板186.1350.2307.7188.7204.3201.0横梁112.6211.8173.4113.3113.5112.3纵梁81.9179.8799.19105.4138.8119.3
6.结论
1六个典型工况下，白车身绝大部分零部件应力较小；
2一些部件出现应力集中区域，分析结果显示超过材料的屈服极限；
3前轮壳高应力集中区域为前轮壳与前地板连接处附近区域，可以考虑对此附近区域进行加强；
4后地板高应力集中区域为座椅安装点附近区域，由于座椅及人采用集中质量单元，并用rbe3单元加载的方法模拟，此处存在模拟不精确产生的虚假应力集中现象；
5制动、转向均按路面最大附着系数0.8计算（参见《汽车理论》），在实际汽车行驶中几乎不会出现这些工况，所以在汽车实际运行时，其强度安全系数会高于仿真分析的安全系数。