分析對象為基于Pro/E搭建的8米長中型電動客車骨架，由于模型較大，在Hypermesh平臺對模型進行前處理。應用Optistruct進行分析及后期優化。

一 模型修復，抽中面，按組件厚度分組編號

1. 在CAD軟件中提取要分析的對象幾何，將模型導入Hypermesh

    

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

二 網格劃分及連接建立

1.  本客車車架考慮鋼結構，組件之間采用焊接方式進行連接，在hypermesh中采用剛性梁單元RBAR模擬焊接，為保證連接順利搭建，在進行網格劃分時需要保證存在連接關系的相鄰組件之間的網格盡量對其，故在網格劃分之前需要對模型進行切割投影等預處理。如下圖示。

    

    

2. 網格劃分，綜合考慮分析精度要求以及計算成本，網格默認采用10mm四邊形單元進行劃分，特殊位置存在三角形以及其它尺寸單元。后期在qualityindex中設置質量標準，檢查網格質量。

    

    

3. 建立連接

   連接模擬在1D--spotweld面板下創建。

三 創建邊界條件

邊界條件主要包括約束和載荷。

1.  約束的創建主要是對前后橋安裝位置的約束，首先創建約束施加點。如下圖示為前軸和后軸共四個施加點，通過REB2剛性單元創建。

   分析中用到的約束條件主要有：極限扭轉，極限彎曲以及靜止工況。

    

2. 載荷施加模擬客車真實載荷情況，主要考慮空調，換氣機，五個電池包，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創建多點RBE2單元分散集中載荷，壓力通過Analysis-pressures創建。

   
   

四 模態分析

      車身骨架的振動特性與車身結構強度、乘坐舒適性等性能有直接聯系，振動特性與車身運行時的模態頻率息息相關，同時，模態分析也是下一步分析說必須要的過程。

      對車架在實際使用工況下模擬其約束模態能分析其動態相應情況，自由模態雖然能反映車架固有屬性，但在實際使用環境中并不具有實際參考意義。

      約束模態分析最重要的兩點就是創建合適的約束以及正確設置加載步，為得到客車實際工況極限彎曲、扭轉、兩種工況下的車架模態頻率，有如下兩種約束以及相應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\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. 扭轉工況

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

   階數\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分析結果可知，當外界激勵頻率在兩種工況所在的低階頻率附近時，車架將發生共振，且共振最大區域均發生在車頂附近。

五 靜態分析

      靜態分析主要針對兩種極限工況：極限彎曲、極限扭轉以及一種靜態工況。如下圖示為靜態分析結果。

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

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

六 對車頂進行優化

      主要考慮車頂材料在考慮的工況范圍內能有較好的材料布置，在扭轉和彎曲兩種工況下進行拓撲優化。

1  建立車頂優化區域

    設置車頂優化區域并添加空調及電池載荷

2  設置設計變量

    注意設置對稱優化，保證一定的制造可行性

3  創建體積響應及多工況聯合響應

4  體積響應設置為優化約束

5 設置為優化目標

6 分析及后處理

七  根據拓撲優化結果重新布置車頂組件

1 重新建立幾何，創建有限元模型

2 完成模型彎曲及扭轉靜力學分析

彎曲工況下最大應力降低32Mpa