BIW_SIMSOLID.zip

一 工程背景

       當今各大主機廠為了降低開發成本，快速搶占市場，普遍采用平臺化開發策略，通過改變車身外造型和車身尺寸，實現家族產品的多樣化設計，滿足人們個性化的需求。因此，設計師在開發平臺車型的基礎車時面臨了巨大挑戰，就是確保車身的基礎框架設計具有良好的穩健性，即車身在整體尺寸發生適度改變時，依然保持良好的綜合性能。這就要求設計工程師能夠在產品結構發生改變時，快速評估結構變化對性能造成的影響。面對復雜的車身結構和多學科性能的要求，即便是經驗豐富的專家在短時間內也很難給出準確的評估。所以，對于廣大的設計工程師需要借助高效的工具，對車身結構做出快速準確的評估，保證設計方向的準確性。

       本帖旨在探討，如何借助SimSolid軟件輔助解決汽車工程中的涉及的實際問題。

二 問題描述

       靜態剛度和動態剛度是評價車身結構的基本性能。如果車身的基礎框架不變，那么整體尺寸發生變化會對車身性能產生什么影響。本課題中基礎車長寬尺寸為4330×1650，變型車長寬尺寸為4765×1970，車身模型尺寸如下圖1所示。

                                                                  圖1 車身尺寸對比圖

三 模型設置

      在車身設計前期，白車身框架結構采用連續封閉的幾何實體，在詳細設計階段根據截面等效原理轉化成鈑金結構。因此它們在力學性能表現上具有一致性。首先以基礎車身結構為例，說明在SimSolid中，如何實現模型設置的具體操作。

①導入幾何模型：操作路徑Project→import from file→選擇方案1的幾何文件保存位置→確定導入。

②幾何模型檢查：導入幾何后，通過Check geometry defects，檢查幾何是否存在缺陷，如果提示信息no defects are found，點擊ok。

③設置基本單位：點擊單位按鈕，或者雙擊結構樹下Units，設置基本單位，具體如圖2。

                                                                      圖2 單位設置

④定義材料屬性：選擇默認材料為Steel，彈性模型2.1E5，泊松比0.3，密度7.85E-9。

⑤設置求解參數：max number of adaptive solution=5，其余采用默認設置，如圖3所示。

                                                                 圖3 求解設置

⑥定義加載區域：點擊Assembly→create spot，創建約束及加載區域。詳細設置如圖4所示。

                                                             圖4 加載區域定義

四 工況定義

本課題分析了車身結構的扭轉剛度、彎曲剛度和動態剛度。

①扭轉剛度

約束后減震器安裝位置的自由度，在前減震器分別加載方向相反的集中力，大小為1500N，定義如下圖5。

                                                          圖5 扭轉集中載荷定義

②彎曲剛度

約束后減震器安裝位置的自由度，并釋放前減震器X方向自由度，在車身中部施加Z向3000N集中力，如圖6。

③動態剛度：點擊Analysis→Modal，設置提取前6階模態。

五 提交計算

     至此完成基礎車模型的分析定義，包括幾何導入、材料設置及工況定義，命名為design study1_baseline。重復Project→import from file→選擇變型車的幾何文件保存位置→確定導入，命名為design study2，并完成分析設置。

    點擊Run all analyses，等待幾分鐘后完成所有工況求解。

六 結果分析

       點擊Result plot，選擇Displacement Magnitude，顯示位移云圖。點擊動畫播放，查看變形趨勢，

初步檢查工況定義是否正確。

      確認分析無誤，選擇Displacement 位移云圖，查看結構各個工況下的具體變形。

①靜態剛度分析：通過simsolid的結果查詢工具，可以定量統計并計算車身的剛度值，其中，

                               扭轉剛度=扭矩÷轉角；彎曲剛度=垂向載荷÷垂向位移

彎曲工況和扭轉工況的位移結果如圖7所示，剛度計算結果如表1所示。

                                                    圖7 靜態剛度位移對比云圖

由剛度對比表可知，變型車扭轉剛度提升了，但是彎曲剛度有所下降。因為車身加長，會導致彎曲剛度下降。對于車身抗扭轉性能，一方面車身加長不利于抗扭轉性能。另一方面車身加寬，有利于提升扭轉剛度。對于這對矛盾的因素，很難主管做出判斷。借助SimSolid快速做出準確評估，體現了該軟件的工程應用價值。

②動態剛度分析：點擊Result plot，選擇Displacement Magnitude，顯示位移云圖。點擊動畫播放，查看各階模態的振型變化，各階振型結果如圖8所示，模態貢獻因子及柱狀圖如圖9所示。

        由結果可以看出，車身尺寸的變化對各階模態及模態貢獻因子的影響比較復雜。

                                               圖8 各階振型的位移云圖

                                                       圖9 模態貢獻因子

六 總結

①車身尺寸變化，對車身性能影響明顯，借助SimSolid快速對影響趨勢做出準確判斷。

②車身加長不利于彎曲剛度，車身加寬有利于提升扭轉剛度，對模態影響需具體分析。

③SimSolid幫助工程師快速地準確評估設計改變對性能的影響，體現出軟件的核心工程價值。