分析對(duì)象為基于Pro/E搭建的8米長(zhǎng)中型電動(dòng)客車骨架，由于模型較大，在Hypermesh平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行前處理。應(yīng)用Optistruct進(jìn)行分析及后期優(yōu)化。

一 模型修復(fù)，抽中面，按組件厚度分組編號(hào)

1. 在CAD軟件中提取要分析的對(duì)象幾何，將模型導(dǎo)入Hypermesh

    

2. 對(duì)模型進(jìn)行修復(fù)，主要操作是對(duì)與分析無關(guān)組件的去除，以及孔、缺口等的修復(fù)。考慮車架整體使用殼單元進(jìn)行分析，后期進(jìn)行抽取中面和分組處理，分組的依據(jù)是組件材料板厚，分組后的組件將根據(jù)不同厚度進(jìn)行不同顏色標(biāo)記。在Model Browser中進(jìn)行分組，如下圖所示。

二 網(wǎng)格劃分及連接建立

1.  本客車車架考慮鋼結(jié)構(gòu)，組件之間采用焊接方式進(jìn)行連接，在hypermesh中采用剛性梁?jiǎn)卧猂BAR模擬焊接，為保證連接順利搭建，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)需要保證存在連接關(guān)系的相鄰組件之間的網(wǎng)格盡量對(duì)其，故在網(wǎng)格劃分之前需要對(duì)模型進(jìn)行切割投影等預(yù)處理。如下圖示。

    

    

2. 網(wǎng)格劃分，綜合考慮分析精度要求以及計(jì)算成本，網(wǎng)格默認(rèn)采用10mm四邊形單元進(jìn)行劃分，特殊位置存在三角形以及其它尺寸單元。后期在qualityindex中設(shè)置質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，檢查網(wǎng)格質(zhì)量。

    

    

3. 建立連接

   連接模擬在1D--spotweld面板下創(chuàng)建。

三 創(chuàng)建邊界條件

邊界條件主要包括約束和載荷。

1.  約束的創(chuàng)建主要是對(duì)前后橋安裝位置的約束，首先創(chuàng)建約束施加點(diǎn)。如下圖示為前軸和后軸共四個(gè)施加點(diǎn)，通過REB2剛性單元?jiǎng)?chuàng)建。

   分析中用到的約束條件主要有：極限扭轉(zhuǎn)，極限彎曲以及靜止工況。

    

2. 載荷施加模擬客車真實(shí)載荷情況，主要考慮空調(diào)，換氣機(jī)，五個(gè)電池包，乘客載荷以及其它，載荷以壓力和集中載荷的形式施加，其中集中載荷施加位置需要?jiǎng)?chuàng)建多點(diǎn)RBE2單元分散集中載荷，壓力通過Analysis-pressures創(chuàng)建。

   

四 模態(tài)分析

      車身骨架的振動(dòng)特性與車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、乘坐舒適性等性能有直接聯(lián)系，振動(dòng)特性與車身運(yùn)行時(shí)的模態(tài)頻率息息相關(guān)，同時(shí)，模態(tài)分析也是下一步分析說必須要的過程。

      對(duì)車架在實(shí)際使用工況下模擬其約束模態(tài)能分析其動(dòng)態(tài)相應(yīng)情況，自由模態(tài)雖然能反映車架固有屬性，但在實(shí)際使用環(huán)境中并不具有實(shí)際參考意義。

      約束模態(tài)分析最重要的兩點(diǎn)就是創(chuàng)建合適的約束以及正確設(shè)置加載步，為得到客車實(shí)際工況極限彎曲、扭轉(zhuǎn)、兩種工況下的車架模態(tài)頻率，有如下兩種約束以及相應(yīng)的前六階頻率及其振型圖。

1. 彎曲工況

   工況	左前輪	左后輪	右前輪	右后輪
   彎曲	X、Y、Z	Y、Z	X、Y	Y

   注：X、Y、Z分別代表車架縱向、豎直方向以及橫向平移自由度

   階數(shù)\頻率	頻率/Hz
   1階	6.60
   2階	10.03
   3階	10.54
   4階	15.79
   5階	18.08
   6階	20.14

    

   

2. 扭轉(zhuǎn)工況

   工況	左前輪	左后輪	右前輪	右后輪
   扭轉(zhuǎn)	無	Y、Z	X、Y	Y

   階數(shù)\頻率	頻率/Hz
   1階	5.02
   2階	8.71
   3階	10.40
   4階	12.21
   5階	15.59
   6階	17.13

      
    

   

      由上述兩種典型工況約束模態(tài)分析結(jié)果可知，當(dāng)外界激勵(lì)頻率在兩種工況所在的低階頻率附近時(shí)，車架將發(fā)生共振，且共振最大區(qū)域均發(fā)生在車頂附近。

五 靜態(tài)分析

      靜態(tài)分析主要針對(duì)兩種極限工況：極限彎曲、極限扭轉(zhuǎn)以及一種靜態(tài)工況。如下圖示為靜態(tài)分析結(jié)果。

三種典型工況下位移最大值發(fā)生在彎曲工況，其值為3.857mm，位于位于底盤右側(cè)電池包安裝下側(cè)；最大應(yīng)力發(fā)生在扭轉(zhuǎn)工況，其值為325.9MPa，同樣位于底盤右側(cè)電池包安裝下側(cè)。

      注：文中材料使用為Q345，一些類似建立材料，屬性等簡(jiǎn)單操作不做贅述。

六 對(duì)車頂進(jìn)行優(yōu)化

      主要考慮車頂材料在考慮的工況范圍內(nèi)能有較好的材料布置，在扭轉(zhuǎn)和彎曲兩種工況下進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。

1  建立車頂優(yōu)化區(qū)域

    設(shè)置車頂優(yōu)化區(qū)域并添加空調(diào)及電池載荷

2  設(shè)置設(shè)計(jì)變量

    注意設(shè)置對(duì)稱優(yōu)化，保證一定的制造可行性

3  創(chuàng)建體積響應(yīng)及多工況聯(lián)合響應(yīng)

4  體積響應(yīng)設(shè)置為優(yōu)化約束

5 設(shè)置為優(yōu)化目標(biāo)

6 分析及后處理

七  根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果重新布置車頂組件

1 重新建立幾何，創(chuàng)建有限元模型

2 完成模型彎曲及扭轉(zhuǎn)靜力學(xué)分析

彎曲工況下最大應(yīng)力降低32Mpa