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白车身扭转刚度优化实例 本文摘要(由AI生成): 本文介绍了白车身扭转刚度优化的实例,包括分析目的、使用软件说明、有限元模型建立、白车身扭转刚度分析边界条件以及仿真分析结果。通过有限元分析,得出白车身扭转刚度为14084N/mm,不满足目标要求。建议进行局部零件调整,添加加强筋或更换材料以提高扭转刚度数值结果。 1.分析目的白车身是整车的关键总成,在设计阶段为满足整车实际工况性能,车身应有足够的刚度,若刚度不足,会导致车身局部区域出现大的变形,从而影响了车的正常使用。车身刚度就是汽车车身抵抗可恢复变形的能力,刚度对整车的碰撞、NVH、操纵稳定有明显的影响。比如,刚度高的车身在碰撞中有明显提升;低刚度车身伴随有低的固有频率,在整车实际工况中易发生结构共振和异响。 本案例以某白车身为分析对象,利用有限元法,对其进行了扭转刚度分析。 2.使用软件说明本次分析采用Hypermesh作前处理,Nastran作为求解器。 3. 有限元模型建立对白车身CAD模型严格遵循网格划分标准进行有限单元网格划分,有限元模型如图3.1所示,网格划分标准如图3.2所示(详细标准参照整车网格前处理规范)。白车身所有零部件均采用壳单元进行划分,并尽量减少三角形数量,网格描述见表3.1。 图3.1 白车身有限元模型 单元类型 四边形 三角形 单元数目 456830 27534 焊点数目 5420 焊点模拟 采用ACM焊点单元(rb3+solid) 粘胶模拟 采用adhesives粘胶单元(rb3+solid) 表3.1 网格描述 图3.2 白车身网格划分标准 4. 白车身扭转刚度分析边界条件4.1 白车身扭转刚度测试实况 实验台主要功能是在车身上进行加载,通过测点数值计算车身刚度,如图4.1。 图4.1 静态刚度试验台 4.2 有限元中扭转刚度边界条件 约束:前前减震器固定点自由度1,后减震器固定点自由度123。 载荷:前减震器固定点加载绕X轴旋转的扭2000N•m 前减震器处施加垂向向下的力1776N如图4.2。 图4.2 白车身扭转刚度分析边界条件 5.仿真分析结果5.1 位移云图 通过分析得到扭转工况下左右前纵梁测量点Z向位移,左右后纵梁测量点Z向位移,来计算白车身在工况下的扭转刚度。 扭转工况下,白车身 Z 向变形如图5.1。 图5.1 白车身 Z 向变形图 5.2 分析结果 根据分析得到的位移数据,可以求出工况的扭转刚度。 扭转刚度计算公式:扭转刚度=2000/{[arctan(│F1│+│F2│)/L1] -[arctan(│R1│+│R2│)/L2] }。 白车身工况下门槛处的 Z 向最大位移如表5.1。 左前纵梁处(ID=440535)的 Z 向最大位移(mm) 左:-1.18 右前纵梁处(ID=400790)的 Z 向最大位移(mm) 右:1.143 左后纵梁处(ID=48877)的 Z 向最大位移(mm) 左:-0.024 右后纵梁处(ID=54243)的 Z 向最大位移(mm) 右: 0.019 表5.1 最大位移 F1为左前纵梁的测量点Z向位移,F2为右前纵梁的测量点Z向位移,R1为左后纵梁的测量点Z向位移,R2为右后纵梁的测量点Z向位移,L1为F1监测点与F2监测点之间的距离,L2为R1监测点和R2监测点之间的距离。 白车身扭转刚度= 2000/{[arctan(1.18+1.143)/923]-[arctan(0.024+0.019)/1096] }=14084N/mm。不满足目标值,如表5.2。 分析项 目标值(N/mm) 分析值(N/mm) 判定结果 白车身扭转刚度 15000 14084 不合格 表5.2 刚度分析结果 5.3 监测点分析 本次分析在车身纵梁下部和门槛下部分布了一系列监测点,通过监测点的X坐标值和该点在车身扭转时产生的垂直变形量描绘扭转变形曲线。监测点如图5.2所示。 图5.2 白车身监测点位置 左前纵梁和右前纵梁监测点数值如表5.3。 X值 左前纵梁 右前纵梁487.005 -1.375 1.311 546.373 -1.36 1.299 638.591 -1.335 1.275 706.922 -1.298 1.254 781.232 -1.275 1.233 865.873 -1.255 1.218 987.662 -1.209 1.165 1130.527 -1.104 1.072 表5.3 左右前纵梁监测点垂向变形量 左门槛梁和右门槛梁监测点数值如表5.4。 X值 左门槛梁 右门槛梁 1400.486 -1.655 1.623 1470.53 -1.614 1.583 1554.329 -1.564 1.535 1640.987 -1.515 1.488 1730.029 -1.447 1.422 1867.502 -1.364 1.342 1961.004 -1.306 1.285 2081.643 -1.232 1.213 2220.769 -1.147 1.13 2347.715 -1.068 1.053 2463.622 -0.9939 0.9811 2564.875 -0.9258 0.9134 2624.191 -0.8901 0.879 2729.396 -0.807 0.7972 2824.54 -0.7217 0.7133 2969.058 -0.5908 0.5873 3053.847 -0.5063 0.5052 3145.294 -0.4363 0.4362 表5.4 左右门槛梁监测点垂向变形量 左后纵梁和右后纵梁监测点数值如表5.5。 X值 左后纵梁 右后纵梁 3205.279 -0.2558 0.2525 3310.721 -0.1302 0.1302 3461.623 -0.04912 0.04794 3567.056 -0.02229 0.01997 3716.442 -0.01745 0.02966 3875.321 -0.04484 0.05197 3995.771 -0.08711 0.1019 4122.592 -0.1538 0.1767 4188.96 -0.187 0.2172 表5.5 左右后纵梁考核点垂向变形量 5.4刚度曲线绘制 左侧扭转刚度曲线和右侧扭转刚度曲线如图5.3和图5.4。 图5.3 左侧扭转刚度曲线 图5.4 右侧扭转刚度曲线 白车身扭转刚度曲线和右侧扭转刚度曲线如图5.5。 图5.5 扭转刚度曲线 6.结论通过上述计算结果可知: 1.白车身扭转刚度为 14084N/mm ,不满足目标要求。 2.从扭转变形曲线看,曲线无明显突变,扭转变形良好。 3.建议做局部零件调整,添加加强筋或更换材料。 7.刚度优化7.1 优化分析 为提高扭转刚度数值结果,可简单等效为减少车身前纵梁Z向变形,结合变形云图很难直观的提出优化方案,考虑到结构受到载荷作用时,其结构会产生变形,载荷做的功会以应变能形式储存,应变能高的地方即代表对整体刚度有最大贡献量,在优化过程中着重提高应变能高的位置的零部件刚度,有助于提高车身整体刚度。 通过计算输出应变能如图7.1。 图7.1 应变能 根据应变能云图得出对扭转刚度贡献最大的5处位置,分别如图7.2-7.6。 图7.2 应变能第一位置 图7.3 应变能第二位置 图7.4 应变能第三位置 图7.5 应变能第四位置 图7.5 应变能第五位置 7.2 优化方案 根据应变能云图,结合整车开发过程中实际情况,确定优化方案。 方案一(根据应变能第一和第二位置确定):将原2层焊替换为3层焊如图7.5-7.6。 图7.6 原方案 图7.7 优化方案一 方案一白车身 Z 向变形如图7.8。 ![]() 图7.8 优化方案一Z向位移图 方案二:在方案一的基础上,左右两边分别增加三个焊点。如图7.9。 图7.9 优化方案二 方案二:白车身 Z 向变形如图7.10。 图7.10 优化方案二Z向位移图 方案二白车身 应变能如图7.11。 图7.11 方案二应变能云图 方案三:在方案二的基础上,根据方案二的应变能云图,将左右前塔座从2mm变为2.5mm。如图7.12。 图7.12 方案三 方案三白车身 Z 向变形如图7.13。 图7.13 优化方案三Z向位移图 7.3 优化结论 根据优化方案确定测量点Z向变形,计算各方案的扭转刚度数值如表7.1。 表7.1 优化结论 方案 目标值(N/mm) 分析值(N/mm) 判定结果 原始方案 15000 14084 不合格 优化方案一 15000 14199 不合格 优化方案二 15000 14230 不合格 优化方案三 15000 15190 合格 采用优化方案三可满足扭转刚度目标值。 注:本案例实际优化过程有20多次,考虑到篇幅并未完全体现,本案例定位为做刚强度项目的朋友起到抛砖引玉之作用。实际优化中需要多方面进行综合考量,增重优化方案在没有其他方案的情况下选择实施。另排版问题请多关照。 |
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