車身剛度模態(tài)的案例
【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(dòng)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(kù)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(gè)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(shí)即可優(yōu)化剛度也可優(yōu)化質(zhì)量。對(duì)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(shí)，優(yōu)化局部結(jié)構(gòu)對(duì)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(shí)優(yōu)化備胎盒結(jié)構(gòu)后彎曲模態(tài)會(huì)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?jī)?yōu)化對(duì)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 白車身的模態(tài)的分析流程 ￥1
1.分析目的
2.分析軟件簡(jiǎn)介
3.分析模型建立
3.1 網(wǎng)格描述
3.2 邊界條件
4.分析結(jié)果
5.結(jié)論
1.分析目的
模態(tài)分析作為動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，主要用于確定白車身結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性，即固
有頻率和振型，也可以通過其對(duì)白車身的模態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)彎曲剛度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。對(duì)白車身進(jìn)行模態(tài)分析考察其固有頻率是否會(huì)在外界激勵(lì)的作用下產(chǎn)生共振和噪聲，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。本報(bào)告采用有限元方法對(duì) QQ458321486 白車身進(jìn)行了前進(jìn)十階模態(tài)分析，與開閉件的一階模態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速頻率進(jìn)行對(duì)比，目的是考察其固有特性是否滿足設(shè)計(jì)要求，定性地評(píng)價(jià) QQ458321486 白車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為后期新車型的開發(fā)提供參考依據(jù)。
2.分析軟件簡(jiǎn)介
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(gè)創(chuàng)新、開放的企業(yè)級(jí) CAE 平臺(tái)，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(gè)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。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.分析模型建立
3.1 網(wǎng)格描述
對(duì)車身設(shè)計(jì)部門提供的 QQ458321486 白車身 CAD 模型進(jìn)行有限單元離CAD 模型、有限元模型以及焊點(diǎn)如圖 1 所示。
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(jiǎn)單廉價(jià)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?cè)谟谜郫B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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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(jiǎn)單廉價(jià)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(gè)鋁合金白車身設(shè)計(jì)。再造出一個(gè)卡板模型來證明折疊金屬技術(shù)的可行性。這個(gè)可行性評(píng)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(dòng)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(duì)車身的剛度要求。對(duì)于前副車架的有限元分析，施加了動(dòng)態(tài)加速度載荷以及制動(dòng)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?cè)谠撥嚿线\(yùn)用了所有這些結(jié)構(gòu)。
展開 
基于NVH性能的平臺(tái)車身優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
在最后的結(jié)果提取中直接輸入剛度計(jì)算的公式，將扭轉(zhuǎn)、彎曲的剛度計(jì)算出來，但是模態(tài)的輸出可能存在跳階，讀取的模態(tài)振形與設(shè)定的模態(tài)振形不一致，導(dǎo)致結(jié)果誤差大。為防止這種情況的發(fā)生，在計(jì)算過程中還得設(shè)定模態(tài)追蹤識(shí)別，其理論具體如下。結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后第i階模態(tài)的MAC表達(dá)式：
其中：BASE［j］為基礎(chǔ)模態(tài)的第j個(gè)特征點(diǎn)的位移；RESULT［i，j］為所需識(shí)別第i階模態(tài)第j個(gè)特征點(diǎn)的位移。對(duì)于不同的模態(tài)振型，MAC值有如下特點(diǎn)：
通過跟蹤每次結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后各階模態(tài)的MAC值進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤，選取其中MAC接近于1的模態(tài)，以保證識(shí)別出的模態(tài)振型與基礎(chǔ)模態(tài)振型一致。
3.5 研究成果
經(jīng)過前文的設(shè)計(jì)與計(jì)算，得到相關(guān)樣板的計(jì)算結(jié)果，將結(jié)果進(jìn)行后續(xù)對(duì)比處理，得到如圖11與圖12的曲線圖。
由結(jié)果曲線圖得知，梁截面變化樣本集的第七組數(shù)值和厚度樣本集的第四組數(shù)值是最優(yōu)解，從圖11與圖12中提取相應(yīng)的參數(shù)，對(duì)本文選定的車身底盤平臺(tái)按此參數(shù)對(duì)應(yīng)的部件進(jìn)行優(yōu)化變形，變形后的車身底盤平臺(tái)即本文基于NVH性能的平臺(tái)車身優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的最終成果，后期在該平臺(tái)上開發(fā)SUV或者M(jìn)PV車型，只需要優(yōu)化上車身就能快速地達(dá)到前期設(shè)定的剛度模態(tài)目標(biāo)值，保證了整車NVH性能，縮短了開發(fā)周期，減少了開發(fā)成本。
4 結(jié)論
（1）本文將NVH性能優(yōu)化分析與車身平臺(tái)化開發(fā)策略相結(jié)合，建立車身同底盤平臺(tái)模型，以車身剛度模態(tài)為目標(biāo)函數(shù)，提出了一種新的NVH性能優(yōu)化方法，在前期對(duì)車身平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，后期開發(fā)在優(yōu)化過的白車身平臺(tái)件上進(jìn)行，縮減了后期開發(fā)的成本與開發(fā)周期。
展開 客車車身試驗(yàn)模態(tài)分析及其在車身定型中的應(yīng)用
客車車身試驗(yàn)模態(tài)分析及其在車身定型中的應(yīng)用
概念設(shè)計(jì)階段整車網(wǎng)格變形技術(shù)
通過與總布置、車身工程師共同討論相關(guān)方案，確定了局部的修改方案，對(duì)風(fēng)擋下橫梁及相關(guān)零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。最終得到基本滿足設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)車型的CAE 分析模型。
2. 性能分析及拓?fù)鋬?yōu)化
基于網(wǎng)格變形及局部結(jié)構(gòu)修改后的模型，對(duì)目標(biāo)車型進(jìn)行了有限元模態(tài)剛度分析及性能提升、外流場(chǎng)分析及傳力路徑分析。
1）白車身模態(tài)剛度分析及性能提升
模態(tài)分析是模擬自由約束條件下白車身的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性，其特性用力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的特征值及特征向量即頻率和振型來表征。白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析是模擬某車型的白車身固定在臺(tái)架上，在前減震器座支點(diǎn)處施加一對(duì)力偶T 后，白車身上沿車身縱向各截面處的角變形和扭轉(zhuǎn)剛度值。彎曲剛度分析是模擬門檻與H 點(diǎn)所在的YOZ 平面相交處集中加載，計(jì)算沿車身縱向各截面處的垂直位移和彎曲剛度值。變形前后的車身模態(tài)及剛度分析結(jié)果如表3-1 所示：（由于涉及保密問題，表中模態(tài)剛度數(shù)據(jù)采用了歸一化處理，設(shè)計(jì)目標(biāo)值定為1。）
變形后的模態(tài)及剛度值都沒有達(dá)到目標(biāo)值要求，我們對(duì)變形后的車身進(jìn)行了性能提升分析。由于基準(zhǔn)車身的白車身模態(tài)剛度都不滿足目前新車型的目標(biāo)值，說明之前的車身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的典型截面參數(shù)都不很理想，經(jīng)過加長(zhǎng)、加寬、加高的變形后性能更差。因此對(duì)于影響白車身模態(tài)剛度的典型截面進(jìn)行了參數(shù)化變形設(shè)計(jì)（見圖3-5），并且對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。
經(jīng)過這第一輪性能提升后，模態(tài)剛度均有所提高，但還未達(dá)到目標(biāo)值，在此基礎(chǔ)上我們又進(jìn)行一輪基于模態(tài)的車身鈑金件靈敏度分析，對(duì)部分敏感件也進(jìn)行適當(dāng)增厚。第二輪性能提升方案的結(jié)果完全達(dá)到目標(biāo)值要求，而且性能提升后的白車身的輕量化系數(shù)為 4.37，遠(yuǎn)高于基準(zhǔn)車型及其他未應(yīng)用基于網(wǎng)格變形技術(shù)的CAE 仿真分析的同平臺(tái)車型。
3.
展開 車身有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)模態(tài)分析比較
幾何模型和有限元模型
2.1幾何模型
在建立白車身的幾何模型時(shí)，直接利用CAD的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并根據(jù)FEM計(jì)算的需要和要求，進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化之后而得到。由于車身CAD設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在部分零件的3D數(shù)據(jù)之間，存在用于讓位的料縫縫隙，對(duì)于料縫縫隙，進(jìn)行了幾何上的協(xié)調(diào)。建立幾何模型時(shí)，忽略車身上用于裝配其他部件的螺釘、螺母、零件中面與面之間的較小的倒圓和倒棱以及對(duì)力學(xué)結(jié)構(gòu)影響較小的一些沖壓筋、孔和一些工藝結(jié)構(gòu)，忽略車身中非重要結(jié)構(gòu)的小零件。對(duì)重要零件進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)，盡量保持和原始CAD設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一致，在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)化較少，以便真實(shí)反映零件的結(jié)構(gòu)特征。
由于車身在結(jié)構(gòu)上是由多個(gè)零件組成的，在建立幾何模型時(shí)，根據(jù)零件名稱建立零件組，每一個(gè)組中放一個(gè)零件。經(jīng)過簡(jiǎn)化和進(jìn)行合理的省略之后，該白車身由45個(gè)對(duì)稱零件，21個(gè)非對(duì)稱零件和7根鋼管橫梁，總計(jì)118個(gè)零件經(jīng)焊接組裝而成。因此在建立幾何模型時(shí)，劃分了70個(gè)零件組來分別存放這118個(gè)零件，得到零件獨(dú)立的幾何模型。
2.2 有限元模型
由于微型汽車車身主要是由鈑金沖壓件和等半徑等厚度的鋼管橫梁經(jīng)過點(diǎn)焊和CO2保護(hù)焊焊接后組成，因此用殼體單元Quard4和部分Tria3來模擬車身零件的薄板鈑金結(jié)構(gòu)和橫梁的鋼管結(jié)構(gòu)。
在建立車身的幾何模型時(shí)，需要點(diǎn)焊的地方，加上硬點(diǎn)，點(diǎn)焊焊點(diǎn)采用兩種方式處理：①幾何上完全協(xié)調(diào)，消除了料縫的地方，使兩個(gè)零件相同位置硬點(diǎn)處的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同節(jié)點(diǎn)化，使之連為一體；②部分有料縫的地方，采用MPC連接兩個(gè)硬點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)。CO2保護(hù)焊縫用MPC連接相應(yīng)位置處的節(jié)點(diǎn)來模擬CO2焊縫。
完成后的有限元模型規(guī)模：?jiǎn)卧獢?shù)190662，MPC數(shù) 310，節(jié)點(diǎn)數(shù)192868。
分析結(jié)果
3.1 理論計(jì)算分析結(jié)果和試驗(yàn)分析結(jié)果
理論和試驗(yàn)模態(tài)分析僅考慮了白車身自身的質(zhì)量和剛度,分析計(jì)算了白車身的自然模態(tài)頻率和振型。
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(dòng)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(dòng)態(tài)試驗(yàn)
1).臺(tái)架振動(dòng)試驗(yàn)
臺(tái)架振動(dòng)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(tái)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(shí)的隨機(jī)載荷，根據(jù)對(duì)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(chǎng)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(duì)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(huì)嚴(yán)重降低汽車的商品性。
展開 基于Hyperworks白車身自由模態(tài)分析及模態(tài)陣型線性疊加 ￥25
模態(tài)分析是計(jì)算或試驗(yàn)分析固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型這些模態(tài)參數(shù)的過程。模態(tài)陣型是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)在某一特定頻率下的振動(dòng)形狀，而這種特定陣型所對(duì)應(yīng)的就是模態(tài)頻率。白車自由模態(tài)分析，即模型不加任何形式的約束下的模態(tài)分析。白車身模態(tài)分析的分析對(duì)象就是白車身，又簡(jiǎn)稱為BIW, 指焊接車身的本體部分，包括通過螺栓連接的碰撞吸能結(jié)構(gòu)，不包括通過螺栓連接或粘接在車身本體上的玻璃、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩板、天窗、行李箱蓋以及翼子板、儀表板支撐橫梁等。分析的頻率范圍通常設(shè)定為1-100Hz；下限設(shè)為1Hz，其目的是避免計(jì)算前6階的剛體模態(tài)。本案例考慮到節(jié)約計(jì)算時(shí)間,僅提取了頻率小于50HZ的所有模態(tài)。
前處理：Optistruct 后處理：Hyperview
白車身一階扭轉(zhuǎn)及一階彎曲模態(tài)識(shí)別（見收費(fèi)內(nèi)容）：
整體一階扭轉(zhuǎn)陣型圖
整體一階彎曲陣型圖
模態(tài)陣型線性疊加
針對(duì)后處理（模態(tài)分析-后處理）中根據(jù)模態(tài)分析輸出的結(jié)果，陣型或者應(yīng)變能云圖采用線性疊加的方法，得到所有任意階數(shù)下線性疊加后的陣型圖或應(yīng)變能云圖。
16階模態(tài)陣型線性疊加圖
凡購(gòu)買本案例的朋友在操作上有什么疑問，都可以私信我，針對(duì)本案例中的操作問題我將免費(fèi)為你解答。還是那句話，我們不玩虛的，玩虛的沒意思！
展開 車身剛度分析理論
從圖可以看出，隨著車身剛度的提高，車內(nèi)噪音會(huì)降低。（該曲線只表示總體的關(guān)系，一般來說，隨著車身剛度的提高，車身模態(tài)也會(huì)相應(yīng)提高，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一個(gè)值時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)整體模態(tài)與外界激勵(lì)發(fā)生共振，形成波峰，NVH性能下降，當(dāng)車身剛度繼續(xù)上升，整體模態(tài)避開共振，NVH性能上升，因此理論上，以下曲線應(yīng)該是一條波動(dòng)下降的曲線，即曲線會(huì)由于共振存在波峰，但曲線總趨勢(shì)是下降的。）
白車身彎曲剛度分析 ￥1
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(huì)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(duì)象，利用有限元法，對(duì)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(gè)創(chuàng)新、開放的企業(yè)級(jí) CAE 平臺(tái)，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(gè)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(duì)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 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(dòng)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(dòng)慣性力，制動(dòng)慣性力，轉(zhuǎn)向慣性力，不平路面激勵(lì)力和動(dòng)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(dòng)頻率會(huì)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(duì)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(shí)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(shí)，同時(shí)滿足動(dòng)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(shí)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 白車身扭轉(zhuǎn)剛度分析報(bào)告 ￥1
1 分析目的
2 使用軟件說明
3 有限元模型建立
4 白車身扭轉(zhuǎn)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(huì)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(duì)象，利用有限元法，對(duì)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(gè)創(chuàng)新、開放的企業(yè)級(jí) CAE 平臺(tái)，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(gè)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(duì)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(gè)，三角形單元 15543 個(gè)，三角形單元比例3.4%。
展開 【ABAQUS模態(tài)動(dòng)力學(xué)】Composite&abaqus 預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析&輸出單元剛度矩陣
劃分網(wǎng)格
定義邊界條件
5.2 預(yù)應(yīng)力模態(tài)
預(yù)應(yīng)力模態(tài)，按我的理解就是，假設(shè)t=0時(shí)，結(jié)構(gòu)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣為M0,K0；t=t1時(shí)，結(jié)構(gòu)（分析對(duì)象）收到外部激勵(lì)的作用，使得結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，質(zhì)量矩陣發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)的剛度矩陣、質(zhì)量矩陣為M1,K1；t=t2時(shí)，開始進(jìn)行特征值提取，此時(shí)求解的是t1狀態(tài)的結(jié)果。
從上面這個(gè)理解出發(fā)，ABAQUS預(yù)應(yīng)力模態(tài)只要在frequency分析步之前進(jìn)行General,Static分析步,打開NLGeom選項(xiàng)(分析過程中剛度矩陣會(huì)不斷變化)。
提取單元剛度矩陣：
【ABAQUS 二次開發(fā)筆記】輸出單元剛度矩陣 - hayden_william - 博客園
以上均為我的一點(diǎn)理解，不一定完全正確，本文僅作為個(gè)人學(xué)習(xí)記錄之用，其他概不負(fù)責(zé)。
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