車身剛度的案例
車身剛度分析理論
車身整體剛度的定義
車身整體剛度是整車NVH性能與品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。車身整體剛度是指車身在受到外力的作用下抵抗彈性變形的的能力，它影響到車身抵抗低頻噪音振動的能力。
其中車身的整體彎曲與整體扭轉(zhuǎn)是車身變形的兩種主要形式，對應(yīng)的剛度為：
1、彎曲剛度，外載荷與彎曲位移的比值，單位 N/mm；
2、扭轉(zhuǎn)剛度，外扭矩與扭轉(zhuǎn)角的比值，單位 KN.m/rad.
按照車身的分類，車身剛度又分為：白車身剛度，內(nèi)飾車身剛度與整車剛度（均包含彎曲扭轉(zhuǎn)剛度），一般在進(jìn)行車身剛度仿真分析的過程中，我們主要從白車身入手，計(jì)算分析以及優(yōu)化白車身的剛度，這是由于白車身是內(nèi)飾車身與整車車身的基礎(chǔ)，相當(dāng)于把底子做好了，整車的整體剛度也不會差。
車身整體剛度降低帶來的風(fēng)險(xiǎn)
1、異響：車身整體剛度不足會導(dǎo)致汽車在不平整路面行駛或受到?jīng)_擊（如泥洼坑路）時產(chǎn)生大變形，大變形會致使部件之間發(fā)生碰撞摩擦，產(chǎn)生異響。比如車身變形過大，與車門變形存在嚴(yán)重不一致時，車身就會與車門發(fā)生碰撞，發(fā)出“嗒嗒”，”咯咯” 的異響聲。
2、NVH問題：當(dāng)車身整體剛度不足的時候，整車的模態(tài)頻率會偏低，抵抗低頻振動的能力較弱，容易與外界激勵頻率發(fā)生共振；而且當(dāng)汽車在高速行駛的時候，由于空氣阻力的作用，車身整體剛度不足會導(dǎo)致車身產(chǎn)生大變形，與車門之間形成動態(tài)密封不良，形成縫隙，產(chǎn)生風(fēng)噪。
3、可靠性問題：車身整體剛度是決定疲勞強(qiáng)度的重要因素之一。
4、碰撞安全問題：車身剛度會給碰撞吸能與行人保護(hù)帶來影響。碰撞與NVH在剛度要求上有些情況是一致，有些卻不同。
車身剛度與NVH性能的關(guān)系
車身整體剛度不足，直接導(dǎo)致NVH性能的下降，它將帶來很多其他的噪音振動問題，比如說低頻轟鳴聲。下圖為汽車以 40km/h 速度在粗糙路面行駛，車身整體剛度與車內(nèi)噪音的總體關(guān)系。
展開 基于Hyperworks白車身扭轉(zhuǎn)剛度仿真分析 ￥15
白車身剛度是整車性能開發(fā)的一個重要指標(biāo)，它決定了車輛在外力作用下抵抗變形破壞的能力。白車身剛度與整車許多性能指標(biāo)均有關(guān)聯(lián)，如耐久性能、碰撞安全性能、操穩(wěn)性能和NVH性能等。而白車身彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度是反映白車身剛度的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)。當(dāng)前的主流輕量化設(shè)計(jì)趨勢就是在控制成本和重量的前提下，盡可能提升白車身的彎扭剛度值。其中，白車身扭轉(zhuǎn)剛度還是白車身輕量化程度的重要表征。國際上流行的一個重要的車身設(shè)計(jì)指標(biāo)—輕量化系數(shù)，就是根據(jù)白車身扭轉(zhuǎn)剛度、白車身質(zhì)量、軸距和輪距計(jì)算得到的。
圖1 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果
輕量化系數(shù)公式：
圖2 輕量化參數(shù)的示意圖
圖3 扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果（z向位移圖）
利用OptiStruct求解器計(jì)算BIW的扭轉(zhuǎn)剛度，采用的加載工況和約束條件，及根據(jù)仿真分析的結(jié)果計(jì)算得到該白車身扭轉(zhuǎn)剛度值，白車身輕量化系數(shù)，詳情見收費(fèi)內(nèi)容部分。
該白車身的扭轉(zhuǎn)剛度為8377.033N?m/deg，白車身輕量化系數(shù)為1.192。
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展開 白車身剛度（2.1.1 Body Stiffness）
、選擇約束和加載，進(jìn)行白車身剛度分析；
2、針對白車身扭轉(zhuǎn)與彎曲剛度，進(jìn)行料厚靈敏度分析；
3、輸入白車身剛度目標(biāo)值，進(jìn)行料厚與材料的白車身減重優(yōu)化；
4、根據(jù)減重優(yōu)化結(jié)果，更新白車身模型；
操作示例：
1、基于白車身剛度工況，進(jìn)行料厚與材料的白車身減重優(yōu)化；
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基于Hyperworks白車身彎曲剛度仿真分析 ￥12
白車身靜態(tài)彎曲剛度是衡量白車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要指標(biāo)之一，也是整車開發(fā)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它決定了車輛在外力作用下抵抗變形破壞的能力，同時也對整車耐久性能、碰撞安全性能、操穩(wěn)性能和NVH性能等都有著顯著的影響。隨著車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展,白車身剛度分析的研究也越來越深入，較高的車身彎曲剛度可獲得更好的整車可靠性。
圖1 白車身彎曲剛度分析結(jié)果
圖2 彎曲剛度分析結(jié)果（z向位移圖）
彎曲剛度計(jì)算公式：
該白車身的彎曲剛度值為10435.69N/mm
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結(jié)構(gòu)優(yōu)化在車身剛度性能優(yōu)化中的應(yīng)用
車身是汽車行駛運(yùn)動過程中的主要承載體。車身由大量的部件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件也十分復(fù)雜。主要的工作載荷包括：驅(qū)動慣性力，制動慣性力，轉(zhuǎn)向慣性力，不平路面激勵力和動力結(jié)構(gòu)載荷等等。如果車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中剛度設(shè)計(jì)不足，則車身的振動頻率會引起結(jié)構(gòu)共振，進(jìn)而引起結(jié)構(gòu)連接的強(qiáng)度失效（產(chǎn)生塑性變形），進(jìn)而導(dǎo)致車門、窗框、背門框等變形過大。最終導(dǎo)致車門卡死、玻璃破碎、密封失效、漏氣漏水等問題。分析車身的剛度，改進(jìn)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高車體剛度是非常重要。
車身性能開發(fā)金字塔的最底層是消費(fèi)者最易感知的性能，即操穩(wěn)性能，而操穩(wěn)性能直接相關(guān)的就是車身的整體剛度性能。（車身扭轉(zhuǎn)剛度、區(qū)域剛度是和車身操穩(wěn)性能相關(guān)的，因此車身扭轉(zhuǎn)剛度的性能目標(biāo)應(yīng)該滿足操穩(wěn)性能要求，也應(yīng)該由操穩(wěn)性能需求來定義。）
通常更高的車身剛度性能對于操穩(wěn)、NVH、耐久性能是有益的，那是不是說為了提升上述相關(guān)性能可以過度提高剛度性能呢？當(dāng)然不是，剛度性能提升是要滿足結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，即通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來提升材料有效利用率，而不是靠粗暴地堆疊材料來提升剛度性能。在提升剛度性能時還要考慮輕量化要求，只有通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)才能夠在滿足剛度性能要求時，同時滿足動力經(jīng)濟(jì)性的要求。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化等方法在優(yōu)化車身性能中具有非常重要的作用。拓?fù)鋬?yōu)化可以合理優(yōu)化材料分布，識別車身結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)。形狀優(yōu)化進(jìn)一步優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)形狀提升材料效率。
以上包括本田、雷諾、沃爾沃、標(biāo)志、尼桑、寶馬、雷克薩斯、斯柯達(dá)、歐寶等車型開發(fā)過程中拓?fù)鋬?yōu)化在結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化中的案例。
展開 機(jī)器學(xué)習(xí)在汽車CAE分析中應(yīng)用 —— 以料厚變化的白車身剛度分析為例
現(xiàn)在以白車身剛度分析來驗(yàn)證這條技術(shù)路徑。白車身剛度分為扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，是整車的重要性能指標(biāo)。
白車身扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度加載方式如下
白車身扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度計(jì)算公式是：扭轉(zhuǎn)剛度=扭矩/扭轉(zhuǎn)角（N.M/DEG）；彎曲剛度=力/位移（N/MM）。
影響白車身剛度的因素有料厚、結(jié)構(gòu)（整車尺寸、接頭形式、關(guān)鍵斷面）和材料（鋼、鋁合金、碳纖維）。為了減少計(jì)算規(guī)模，這個示例僅考慮料厚因素，但基本過程都是一樣的。其中使用的CAE計(jì)算軟件是Nastran，程序開發(fā)語言是Python。
示例中鈑金件數(shù)為368個，對應(yīng)同樣數(shù)目的料厚PSHELL變量。就算每個件料厚只考慮最小和最大兩種情況，以及對稱件情況，則所有料厚組合方案大約為2^200，數(shù)量巨大，根本不可能用CAE軟件計(jì)算一遍，因此首先需要進(jìn)行靈敏度分析，篩選出12個料厚變量（對應(yīng)21個件，因?yàn)閷ΨQ件料厚是一致的）。相對于2^200個方案，現(xiàn)在只需要計(jì)算2^12=4096個方案即可。實(shí)際應(yīng)用中，如果不屬于這21個件范圍內(nèi)的部件料厚改變，可以直接認(rèn)為對白車身剛度影響極小。
示例白車身中靈敏度最高的21個鈑金件分布如下：
在4096個料厚方案自動計(jì)算完畢后，將變量和結(jié)果輸入到機(jī)器學(xué)習(xí)程序中進(jìn)行訓(xùn)練，輸出規(guī)則模型并保存。
展開 六座跑車的白車身設(shè)計(jì)：利用HyperWorks最大化車身剛度并滿足強(qiáng)度要求
選擇相應(yīng)的白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念是為了探索工業(yè)折紙技術(shù)，這使更輕材料折疊成復(fù)雜車身結(jié)構(gòu)件形狀。成型是在裝配位置使用簡單廉價夾具完成的。開發(fā)白車身部件的幾何、拓?fù)涞裙δ苄枰O(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生與結(jié)構(gòu)專業(yè)的學(xué)生之間廣泛的合作，也需要仔細(xì)平衡白車身剛度、包裝空間、成本和重量設(shè)計(jì)要求。
解決方案
首先，利用折疊金屬成形技術(shù)（FMT），從多次試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)中獲得一個鋁合金白車身設(shè)計(jì)。再造出一個卡板模型來證明折疊金屬技術(shù)的可行性。這個可行性評估很重要，特別在高負(fù)載結(jié)構(gòu)區(qū)域（支柱塔和車身前部安裝點(diǎn)）。利用紙板模型的分析結(jié)果，折疊金屬技術(shù)被利用到了前擠壓結(jié)構(gòu)、乘客地板區(qū)和后擠壓結(jié)構(gòu)。上身結(jié)構(gòu)是鋁管狀構(gòu)造，包括車頂和車身支柱。
從卡板模型制作中得出經(jīng)驗(yàn)之后，用SolidWorks建立了白車身的CAD模型并導(dǎo)入HyperMesh中。所有的FMT結(jié)構(gòu)件和空間管狀框架結(jié)構(gòu)都是用2D面網(wǎng)格建立的。較厚的白車身部件以及關(guān)鍵設(shè)計(jì)區(qū)域——前副車架安裝到車身的位置，這些是用3D六面體網(wǎng)格劃分的。
卡板模型與前座配置卡板避震塔模型 避震塔有限元模型
使用Altair OptiStruct有限元求解器完成了一系列深入的有限元分析，包括扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度分析、固有頻率分析、動態(tài)壺洞以及加速凹凸載荷分析。 后續(xù)使用Altair HyperView后處理模塊查看有限元分析結(jié)果，結(jié)果顯示白車身設(shè)計(jì)符合項(xiàng)目對車身的剛度要求。對于前副車架的有限元分析，施加了動態(tài)加速度載荷以及制動和轉(zhuǎn)彎工況模擬，結(jié)果顯示應(yīng)力不超過許用值。
上圖: 完整的白車身CAD 模型 下圖: 有限元結(jié)果，扭轉(zhuǎn)剛度 白車身結(jié)構(gòu)
結(jié)論
經(jīng)過HyperWorks仿真分析，結(jié)果表明白車身底盤滿足強(qiáng)度和剛度要求，在咨詢了項(xiàng)目的主要供應(yīng)商之后，隊(duì)員們在該車上運(yùn)用了所有這些結(jié)構(gòu)。
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選擇相應(yīng)的白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念是為了探索工業(yè)折紙技術(shù)，這使更輕材料折疊成復(fù)雜車身結(jié)構(gòu)件形狀。成型是在裝配位置使用簡單廉價夾具完成的。開發(fā)白車身部件的幾何、拓?fù)涞裙δ苄枰O(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生與結(jié)構(gòu)專業(yè)的學(xué)生之間廣泛的合作，也需要仔細(xì)平衡白車身剛度、包裝空間、成本和重量設(shè)計(jì)要求。
“Altair給我們巨大的支持，教我們的研究生怎么利用HyperWorks軟件開發(fā)白車身。通過 HyperWorks，我們在用折疊金屬折紙技術(shù)創(chuàng)建輕巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中開發(fā)出最好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。”
Dr.
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目 錄
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身彎曲剛度分析邊界條件
5 分析結(jié)果
6 結(jié)論
1 分析目的
車身是轎車的關(guān)鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設(shè)計(jì)工程師們更注重車身結(jié)構(gòu)
的設(shè)計(jì)。車身應(yīng)有足夠的剛度，剛度不足，會導(dǎo)致車身局部區(qū)域出現(xiàn)大的變形，從而影響
了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響。
本報(bào)告以 QQ 白車身為分析對象，利用有限元法，對其進(jìn)行了彎曲剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領(lǐng)先的、
功能強(qiáng)大的 CAE 應(yīng)用軟件包，也是一個創(chuàng)新、開放的企業(yè)級 CAE 平臺，它集成了設(shè)計(jì)與
分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，
與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網(wǎng)格劃分功能；Altair Optistruct 是一
個綜和隱式和顯示求解器于一體的大規(guī)模有限元計(jì)算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題
都可以通過其進(jìn)行求解。Altair Optistruct 最強(qiáng)大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 Altair
Optistruct 可以進(jìn)行任何形狀、尺寸、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化，采用固定的內(nèi)存分配技術(shù)，具有
很高的計(jì)算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據(jù)設(shè)計(jì)部門提供的白車身的工藝數(shù)模建立 QQ 的計(jì)算模型，對模型進(jìn)行了有限元離
散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進(jìn)行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，
少量三角形單元以滿足高質(zhì)量網(wǎng)格的過渡需要；粘膠用實(shí)體單元模擬，焊點(diǎn)采用 CWELD
和 RBE2 單元模擬。
展開 【SIMU圖文教程】_06_白車身模態(tài)和剛度提升方法
2、影響扭轉(zhuǎn)剛度的區(qū)域
A TO HINGER, A TO ROOF, C TO ROOF, C TO ROCKER,ROOF RAIL, A PILLAR, C PILLAR, REAR RAIL, PACKAGE TRAY
通過應(yīng)變能云圖和變形動畫確定確定優(yōu)化的方向。如，需要優(yōu)化抗彎系數(shù)還是抗扭系數(shù)？常用的方法有：
增加零件厚度，優(yōu)化搭接及焊點(diǎn)，優(yōu)化梁截面屬性(如，慣性矩或極慣性矩)，增加加強(qiáng)件等方法。
將節(jié)點(diǎn)剛度分析結(jié)果與參考車或數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，找出差異。在節(jié)點(diǎn)剛度的分析模型上進(jìn)行優(yōu)化，具體方法可以有：優(yōu)化焊點(diǎn)分布，優(yōu)化搭接，增加加強(qiáng)筋或加強(qiáng)件，優(yōu)化零件厚度，優(yōu)化腔體的截面等方法。
六、料厚優(yōu)化
通過優(yōu)化白車身板件厚度來提高白車身模態(tài)和剛度性能的方法。建議料厚優(yōu)化放在結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后進(jìn)行，因?yàn)橥ㄟ^結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以得到較好的車身結(jié)構(gòu)，在這個模型上進(jìn)性料厚優(yōu)化更有意義。料厚優(yōu)化不僅可提高白車身的模態(tài)和剛度，還可以通過控制質(zhì)量的方式進(jìn)行減重。即實(shí)現(xiàn)材料厚度的最優(yōu)化。
七、白車身模態(tài)優(yōu)化和剛度優(yōu)化的區(qū)別
1、模態(tài)優(yōu)化
結(jié)構(gòu)的模態(tài)既有剛度的貢獻(xiàn)也有質(zhì)量的貢獻(xiàn)，因此在優(yōu)化模態(tài)時即可優(yōu)化剛度也可優(yōu)化質(zhì)量。對于白車身的彎曲和扭轉(zhuǎn)模態(tài)，往往也有局部模態(tài)參與其中。這時，優(yōu)化局部結(jié)構(gòu)對整體模態(tài)的提高有一定幫助。如，彎曲模態(tài)中有備胎盒的局部模態(tài)，這時優(yōu)化備胎盒結(jié)構(gòu)后彎曲模態(tài)會提高一些，但整車的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度卻基本沒變。白車身模態(tài)的優(yōu)化即可以從整體框架結(jié)果上進(jìn)行優(yōu)化，也可以從局部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，建議根據(jù)具體情況決定。
2、剛度優(yōu)化
白車身剛度主要和結(jié)構(gòu)、焊點(diǎn)、料厚相關(guān)。彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的優(yōu)化工作主要集中在車身整體框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上。和模態(tài)的優(yōu)化不同，框架結(jié)構(gòu)外的局部優(yōu)化對剛度提高意義不大。如提高前端模塊的剛度后彎曲模態(tài)提高，但彎曲剛度卻基本沒變化。
展開 車身強(qiáng)度，剛度試驗(yàn)
車身強(qiáng)度，剛度試驗(yàn)的目的就是為了了解和驗(yàn)證轎車車身在各種使用條件，環(huán)境條件下，是否都具有充分發(fā)揮其所需性能的強(qiáng)度，耐久性和剛度。
車身強(qiáng)度，剛度試驗(yàn)可分為靜態(tài)試驗(yàn)和動態(tài)試驗(yàn)兩類，而從試驗(yàn)載荷的大小看，又可分為載荷低于屈服強(qiáng)度的彈性試驗(yàn)和確定最大強(qiáng)度的破壞試驗(yàn)。
1.靜態(tài)試驗(yàn)，
1).強(qiáng)度試驗(yàn)
在白車身上進(jìn)行，可分為進(jìn)行彎曲試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。
2).剛度的試驗(yàn)
剛度試驗(yàn)分為在白車身上和成品車上進(jìn)行試驗(yàn)兩種方法。試驗(yàn)中應(yīng)注意車身的支承方式，加載方式，以及車身支承裝置的自身剛度影響。
3).靜態(tài)破壞試驗(yàn)
這是一種壓縮以車身為中心的構(gòu)成部件或壓縮成品車直到破壞，確定車身或部件最大強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。
2.動態(tài)試驗(yàn)
1).臺架振動試驗(yàn)
臺架振動試驗(yàn)主要用于查明車身結(jié)構(gòu)的振型，從而獲得研究車身的強(qiáng)度，剛度，耐久性和噪聲特性等所需的基礎(chǔ)資料。
2).臺架疲勞試驗(yàn)
研究車身在重復(fù)變載荷作用下發(fā)生疲勞破壞的試驗(yàn)。一般施加程序加載，程序載荷是將行駛時的隨機(jī)載荷，根據(jù)對載荷使用頻度的分析后果，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行載荷波形處理后得到的。
3).型式耐久性試驗(yàn)
該試驗(yàn)可分為實(shí)際壞路行駛試驗(yàn)和試驗(yàn)場模擬壞路行駛試驗(yàn)。其目的在于確認(rèn)車身所具有的強(qiáng)度，對提高汽車的各種性能特別是商品性能起到重要作用
4).環(huán)境耐久性試驗(yàn)
驗(yàn)證腐蝕環(huán)境或大氣溫度變化所引起的車身強(qiáng)度降低。車身各部位的腐蝕會嚴(yán)重降低汽車的商品性。
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【SIMU圖文教程】_04_某車型車身剛度優(yōu)化實(shí)例
五、結(jié)果總結(jié)：
經(jīng)過以上8個方案的迭代，已經(jīng)順利的將車身扭剛提升到900KN.m/rad以上，但是車身重量卻增加了，為了給后續(xù)的減重工作留下足夠的扭剛余量，因此還要繼續(xù)對剛度進(jìn)行提升。
前后經(jīng)過15個方案的迭代，最終將車身扭剛提升到967KN.m/rad。
【車身減重優(yōu)化將在下一篇帖子當(dāng)中進(jìn)行詳細(xì)說明】
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白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析報(bào)告 ￥1
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6 結(jié)論
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車身是轎車的關(guān)鍵總成，除了保證外形美觀以外，汽車設(shè)計(jì)工程師們更注重車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。車身應(yīng)有足夠的剛度，剛度不足，會導(dǎo)致車身局部區(qū)域出現(xiàn)大的變形，從而影響了車的正常使用。低的剛度必然伴隨有低的固有頻率，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響。本報(bào)告以 QQ 白車身為研究對象，利用有限元法，對其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度分析。
2 使用軟件說明
本次分析采用 Hypermesh 作前處理，Altair optistruct 求解。HyperMesh 是世界領(lǐng)先的、功能強(qiáng)大的 CAE 應(yīng)用軟件包，也是一個創(chuàng)新、開放的企業(yè)級 CAE 平臺，它集成了設(shè)計(jì)與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種 CAD 和 CAE 軟件有良好的接口并具有高效的網(wǎng)格劃分功能；Altair Optistruct 是一個綜和隱式和顯示求解器與一體的大規(guī)模有限元計(jì)算軟件，幾乎所有的線性和非線性問題都可以通過其進(jìn)行求解。Altair Optistruct 最強(qiáng)大的功能是其友好的 CAO 接口，通過 AltairOptistruct 可以進(jìn)行形狀、尺寸、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等優(yōu)化，采用固定的內(nèi)存分配技術(shù)，具有很高的計(jì)算精度和效率。
3 有限元模型建立
根據(jù)設(shè)計(jì)部門提供的白車身的工藝數(shù)模建立 QQ 的計(jì)算模型，對模型進(jìn)行了有限元離散處理：白車身所有零部件都采用板殼單元進(jìn)行離散，并盡量采用四邊形板殼單元模擬，少量三角形單元以滿足高質(zhì)量網(wǎng)格的過渡需要；粘膠用實(shí)體單元模擬，焊接采用 CWELD和 RBE2 單元模擬。其中四邊形單元 469700 個，三角形單元 15543 個，三角形單元比例3.4%。
展開 車身安裝點(diǎn)剛度二次開發(fā)工具應(yīng)用
對于白車身安裝點(diǎn)剛度計(jì)算來說，本身工作量比較大，故通過自己利用tcl語言開發(fā)了安裝點(diǎn)剛度的插件，大大提高了工作效率。
1、白車身模型如下：
白車身模型
2、先利用1d-connectors-bolt對要自己要計(jì)算分析的螺栓孔打好螺栓，如圖所示
3、對于螺栓處理好的模型，我們運(yùn)行插件，選取要加載的節(jié)點(diǎn)
4、圖示位置輸入我們計(jì)算分析的加載力
5、程序會自動創(chuàng)建局部坐標(biāo)系，加載力的大小
6、設(shè)置好我們的卡片，導(dǎo)出文件就能計(jì)算了。
【技術(shù)帖】基于有限元分析的某電動汽車車身輕量化設(shè)計(jì)
在座椅安裝位置加載，每個位置按照800 N 加載，約束前減振器塔位置的Z 向自由度和后懸減震彈簧安裝位置XYZ 向自由度，白車身彎曲剛度載荷及約束示意圖和仿真變形云圖如圖2和圖3所示。
圖2 車身彎曲剛度仿真載荷和約束示意圖
Fig.2 Bending stiffness simulation load and constraint diagram
圖3 彎曲剛度變形云圖
Fig.3 Bending stiffness deformation cloud
汽車在崎嶇不平路面工況行駛時，由于左右輪受力不均或單輪懸空，導(dǎo)致車身扭轉(zhuǎn)變形，扭轉(zhuǎn)剛度是體現(xiàn)車身抵抗扭轉(zhuǎn)變形的重要指標(biāo)。車身受到反對稱垂直載荷，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，軸間產(chǎn)生相對扭轉(zhuǎn)角，因此扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算公式可簡化為
式中：GJ——車身扭轉(zhuǎn)剛度值，N·mm/rad；T——車身所受扭力，N；L——轎車車身軸距，m；δ——車身前后軸的相對扭轉(zhuǎn)角，rad。
前減振器塔位置添加2 000 N·m 的扭矩，前減振器塔相距955 mm；汽車前部施加Z 向約束，后懸減震彈簧安裝位置約束XYZ 向自由度[1]，白車身扭轉(zhuǎn)剛度載荷及約束示意圖和仿真變形云圖如圖4 和圖5 所示。
提取彎曲工況左右門檻梁特征點(diǎn)處的彎曲撓度值，分別是-0.203 mm 和-0.211 mm，由式（6）得彎曲剛度15 166 N/mm。查看扭轉(zhuǎn)工況左右前減振器塔加載點(diǎn)位置處的位移量，分別是-1.22 mm，1.28 mm，由式（7）得扭轉(zhuǎn)剛度為13 333 N·m/rad。仿真剛度值和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值對比如表1 所示。
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