车身结构有限元分析
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加速度，程序可根据单元截面形状等计算总载荷； ➢ 乘客、座椅和行李等重量则按实际情况分配到相近的节点上； ➢ 发动机、变速箱、离合器、油箱、水箱等负荷则是平均分配到相应的支
持 节点上。
5）边界的约束
钢板弹簧除了作弹性元件外，还起导向作用。因此它在各个方向上均有刚度， 且在其他方向上的刚度要比垂直方向上的刚度大得多，因此用刚性梁一柔性梁 结构模拟钢板弹簧。在约束处理中忽略轮胎的变形，根据不同的工况确定悬架 与车身连接处的约束条件。
求解器 后处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
1. 前处理模块
几何建模 单元类型选择 网格划分 材料类型选择 载荷处理：集中载荷、分布载荷
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2. 分析计算模块 (SOLUTION)
通用后处理
3.后处理模块 (POSTProcessor)
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
车身建模常用的有限元单元类型
单元类型
在车身上的应用举例
质量单元（Mass） 被省略部分的重量（如发动机、行李、乘员等）
梁（Beam） 弹簧（Spring）
承受弯曲载荷的细长结构、如底板下横梁、车架梁等、 点焊、复合材料板的加强筋
模拟悬架或发动机支撑的刚度特性
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
3）单元类型的选择
建立完成几何模型之后，就需要进行单元类型的选择。汽车的车架、车身等通常 是 由板壳所组成，因此一般选择壳单元。
有些车架及轿车车身是由梁单元、板单元及实体单元混合组成的， 因此可选用实体与梁单元的组合。大多数有限元软件都带有丰富的 单元库来模拟物理模型。
➢ 美国福特公司在20世纪70年代将Nastran结构分析程序引入汽车结构设计中；日本五 十铃汽车公司也在20世纪80年代末将CAE应用到车身设计的各个阶段，从最初设计阶 段的粗略模型到设计中、后期的细化模型，分析的范围包括强度、刚度、振动、疲劳、 碰撞及形状和重量的优化。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4. 有限元法在车身强度和刚度分析中的应用 1）建立车身骨架几何模型
以客车车身为例，对车身强度进行有限元分析。 首先建立车身骨架的几何模型， ANSYS workbench 支持两种建模方式，
一是ANSYS workbench自带的几何建模模块，二是用户可以在其它计算机 辅 助 设 计 软 件 ， 如 CATIA、 Pro/E， UG中 建 立 几 何 模 型 ， 再 利 用 Workbench支持的几何模型导入接口将模型文件读入workbench环境中 。
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
车身冲压件
体单元（Solid） 螺栓、发动机等
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4） 载荷的处理
作用于车身结构的载荷分别处理为结构自重、各装备重量和乘客重量。 ➢ 结构自重可通过在ANSYS软件前处理程序中输入车身骨架材料密度和重力
7.1 车身结构有限元分析
第7章 车身结构有限元分析 及优化设计 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》
7.1 车身结构有限元分析
本章学习目标及重难点
学习目标
1. 了解有限元方法的基本理论； 2. 掌握车身结构有限元建模方法及简化方法； 3. 掌握车身结构有限元分析方法； 4. 了解车身结构优化设计的基本过程和方法。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
Pro/E环境下的客车车身骨架几何模型
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2）几何模型的导入
在ANSYS workbench中利用Read Input From...读入该文件，完成模型导 入后，即可得到ANSYS环境下的客车车身有限元模型 。
车身结构设计系统集成框图
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2.车身有限元模型的建立
有限元模型是进行有限元分析的基础，建立高精度的车身结构有限元模型是车身分析 工作的关键。车身结构较复杂，包括复杂的边界条件、横截面形状以及各部件之间的连接。
车身建模的简化原则
建立一个合理的有限元模型，可以加快建模过程，提高建模精度，降低建模成本。单 元类型的选择，除了与零件几何形状及受力状态有关，还与分析目的有关，建立有限元 模 型要根据分析目的对车身零件进行适当简化，例如：对于静力分析，应尽量保留大部 分特 征；对于模态分析，只需保证质量和刚度分布，且可以采用较少的网格数；对于碰撞 分析， 变形区的网格应尽量保持初始几何，其他部位则尽量简化。
时间历程后 处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
（2）有限元软件简介
有限元方法和有限元软件是车身结构设计的技术手段。 本节主要是基于ANSYS 程序系统举例介绍相关客车车身的强度和刚度分析。
ANSYS 程序系统
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身百度文库构有限元分析
重点与难点
重点：车身结构有限元建模方法、简化方法及有限元分析方法 难点：车身结构优化设计的基本过程和方法。
第第7章7章第车车6身章身结车结构身构有结有限构限元碰元分撞分析安析及全及优性优化化设设计计
7.1 车身结构有限元分析
1. 有限元方法概述
➢ 有限元方法是20世纪中期兴起的应用数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的 交叉学科，最初被应用于航空器的结构强度计算，随着计算机技术的快速发展，有限 元方法迅速从结构工程的强度分析计算，扩展到几乎所有的科学技术领域。
7.1 车身结构有限元分析
（1）有限元方法
有限元法的基本思想，是将连续体划分为有限数目的假想单元（有限元），这 些单元仅在节点处彼此相连接，用这些单元的集合模拟或逼近原来的物体，化无限 自由度为有限自由度。
有限元的基本分析方法： ➢结构离散—单元分析---整体求解。 ➢有限元分析软件分为三个模块： 前处理
持 节点上。
5）边界的约束
钢板弹簧除了作弹性元件外，还起导向作用。因此它在各个方向上均有刚度， 且在其他方向上的刚度要比垂直方向上的刚度大得多，因此用刚性梁一柔性梁 结构模拟钢板弹簧。在约束处理中忽略轮胎的变形，根据不同的工况确定悬架 与车身连接处的约束条件。
求解器 后处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
1. 前处理模块
几何建模 单元类型选择 网格划分 材料类型选择 载荷处理：集中载荷、分布载荷
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2. 分析计算模块 (SOLUTION)
通用后处理
3.后处理模块 (POSTProcessor)
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
车身建模常用的有限元单元类型
单元类型
在车身上的应用举例
质量单元（Mass） 被省略部分的重量（如发动机、行李、乘员等）
梁（Beam） 弹簧（Spring）
承受弯曲载荷的细长结构、如底板下横梁、车架梁等、 点焊、复合材料板的加强筋
模拟悬架或发动机支撑的刚度特性
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
3）单元类型的选择
建立完成几何模型之后，就需要进行单元类型的选择。汽车的车架、车身等通常 是 由板壳所组成，因此一般选择壳单元。
有些车架及轿车车身是由梁单元、板单元及实体单元混合组成的， 因此可选用实体与梁单元的组合。大多数有限元软件都带有丰富的 单元库来模拟物理模型。
➢ 美国福特公司在20世纪70年代将Nastran结构分析程序引入汽车结构设计中；日本五 十铃汽车公司也在20世纪80年代末将CAE应用到车身设计的各个阶段，从最初设计阶 段的粗略模型到设计中、后期的细化模型，分析的范围包括强度、刚度、振动、疲劳、 碰撞及形状和重量的优化。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4. 有限元法在车身强度和刚度分析中的应用 1）建立车身骨架几何模型
以客车车身为例，对车身强度进行有限元分析。 首先建立车身骨架的几何模型， ANSYS workbench 支持两种建模方式，
一是ANSYS workbench自带的几何建模模块，二是用户可以在其它计算机 辅 助 设 计 软 件 ， 如 CATIA、 Pro/E， UG中 建 立 几 何 模 型 ， 再 利 用 Workbench支持的几何模型导入接口将模型文件读入workbench环境中 。
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
车身冲压件
体单元（Solid） 螺栓、发动机等
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4） 载荷的处理
作用于车身结构的载荷分别处理为结构自重、各装备重量和乘客重量。 ➢ 结构自重可通过在ANSYS软件前处理程序中输入车身骨架材料密度和重力
7.1 车身结构有限元分析
第7章 车身结构有限元分析 及优化设计 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》
7.1 车身结构有限元分析
本章学习目标及重难点
学习目标
1. 了解有限元方法的基本理论； 2. 掌握车身结构有限元建模方法及简化方法； 3. 掌握车身结构有限元分析方法； 4. 了解车身结构优化设计的基本过程和方法。
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
Pro/E环境下的客车车身骨架几何模型
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2）几何模型的导入
在ANSYS workbench中利用Read Input From...读入该文件，完成模型导 入后，即可得到ANSYS环境下的客车车身有限元模型 。
车身结构设计系统集成框图
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2.车身有限元模型的建立
有限元模型是进行有限元分析的基础，建立高精度的车身结构有限元模型是车身分析 工作的关键。车身结构较复杂，包括复杂的边界条件、横截面形状以及各部件之间的连接。
车身建模的简化原则
建立一个合理的有限元模型，可以加快建模过程，提高建模精度，降低建模成本。单 元类型的选择，除了与零件几何形状及受力状态有关，还与分析目的有关，建立有限元 模 型要根据分析目的对车身零件进行适当简化，例如：对于静力分析，应尽量保留大部 分特 征；对于模态分析，只需保证质量和刚度分布，且可以采用较少的网格数；对于碰撞 分析， 变形区的网格应尽量保持初始几何，其他部位则尽量简化。
时间历程后 处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
（2）有限元软件简介
有限元方法和有限元软件是车身结构设计的技术手段。 本节主要是基于ANSYS 程序系统举例介绍相关客车车身的强度和刚度分析。
ANSYS 程序系统
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身百度文库构有限元分析
重点与难点
重点：车身结构有限元建模方法、简化方法及有限元分析方法 难点：车身结构优化设计的基本过程和方法。
第第7章7章第车车6身章身结车结构身构有结有限构限元碰元分撞分析安析及全及优性优化化设设计计
7.1 车身结构有限元分析
1. 有限元方法概述
➢ 有限元方法是20世纪中期兴起的应用数学、力学及计算机科学相互渗透、综合利用的 交叉学科，最初被应用于航空器的结构强度计算，随着计算机技术的快速发展，有限 元方法迅速从结构工程的强度分析计算，扩展到几乎所有的科学技术领域。
7.1 车身结构有限元分析
（1）有限元方法
有限元法的基本思想，是将连续体划分为有限数目的假想单元（有限元），这 些单元仅在节点处彼此相连接，用这些单元的集合模拟或逼近原来的物体，化无限 自由度为有限自由度。
有限元的基本分析方法： ➢结构离散—单元分析---整体求解。 ➢有限元分析软件分为三个模块： 前处理