轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析_张林涛

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1、轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析_张林涛试验?测试汽车科技第６期２００７年１１月轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析张林涛，张代胜，仇彬（合肥工业大学，合肥２３０００９）摘要：阐述了应用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件对轿车白车身扭转刚度的模拟分析计算方法，运用自制白车身刚度实验台进行实验验证，将模型分析结果与实验结果进行对比，检验了有限元分析模型的精度，对该轿车白车身的刚度给出一定的评价，为车身结构的优化提供参考。关键词：有限元法；白车身；扭转；刚度；实验中图分类号：Ｕ４６３．８２＋１文献标识码：Ａ文章编号：１００５－２５５０（２００７）０６－００３４－０５目前大部分轿车车身都采用全

2、承载式车身结构，全承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷，在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性具有举足轻重的作用。轿车车身刚度的优劣直接影响到轿车许多使用性能的正常发挥，车身刚度不合安全性、动力响应特理，将直接影响轿车的可靠性、———————————————————————————————————————————————性、ＮＶＨ性能及燃油经济性等关键性指标。国内外汽车行业对轿车车身刚度都制定了一定标准，由于国内汽车行业起步较晚，自主开发的轿车车型较少，大部分还是靠引进国外的技术。随着ＣＡＥ技术不断发展，有限元法（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅ－图１轿车白车身有限元模型位在四个车轮的悬置位置，

3、并用ＭＰＣ１８４单元将约束与加载位置抽出为四个节点，以使其与实验状态相吻合。然后对后悬置点进行６个自由度的全约束，并对前悬置点施加扭矩，扭矩的大小根据车身参数按照公式（１）来计算。Ｍ＝０．５ＦＳ式中，Ｆ为前轴荷；Ｓ为前轮距。（１）ｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ，ＦＥＭ）在汽车行业的应用越来越广，尤其在车型设计，车身结构优化方面起到越来越重要的作用，不仅可以缩短新车型开发周期，还使车身得到了轻量化，提高了轿车的各项性能指标，降低了成本。本文所研究的轿车白车身是国内某汽车公司自主开发的一款中高档轿车，应用Ａｎｓｙｓ有限元分析软件对某轿车白车身进行扭转刚度的分析计算，并采用某静态应变测试仪器通过实验进行验

4、证，将模型分析结果与实验结果进行对比分析，从而检验模型建立的准确性。———————————————————————————————————————————————根据该车型相关参数计算出前悬置点所加载的力Ｆ＝１２６７５Ｎ。通过求解计算得到车身模型的变形图，如图２所示。并根据实验实际测点位置在模型左右前纵梁、左右门槛梁以及左右后纵梁分别选取一些节点，测出这些节点沿车身纵向的位置以及竖直方向位移，进而得出车身变形曲线以及车身的扭转角曲线。１白车身有限元模型的建立与分析车身有限元模型的建立是通过ＵＧ图形软件建立车身的三维图，应用前处理软件ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ采用３节点或４节点空间板壳单元Ｓｈｅｌｌ

5、６３进行有限元网格划分，将整车离散为１９８９４８个节点、１８５２５８个单元，然后进一步确定单元材料属性以及其他一些参数。所建有限元模型如图１所示。为模拟实际工况，车身模型的约束和加载都定收稿日期：２００７－０５－０８图２车身扭转变形云图沿车身纵向前纵梁、门槛梁、后纵梁左右各选取竖向位移见表１。因为１２个节点，这些节点的位置、建立模型时坐标原点选在前轴附近，所以前纵梁前轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析／张林涛，张代胜，仇彬试验?测试———————————————————————————————————————————————段坐标为负值，但这并不影响结果。根据表１可以得到车身两侧的变

6、形曲线，如图３、图４所示，相应变图４所示。形曲线如图３、表１模型车身前后纵梁、门槛梁变形数据车身右侧纵向位置／ｍｍ变形量／ｍｍ车身左侧纵向位置／ｍｍ变形量／ｍｍ度，因为在车身前悬置点加载，后悬置点固定，所以其扭转就必然是前面大后面小，其计算可以参照图５利用公式（２）计算。!＝ａｒｃｔｇＵＺ（２）式中，ＵＺ为所选节点的变形量；Ｙ为所选节点的横坐标。－９．９８－１０．１５－９．９７－７．７５－６．６３－５．３８－４．４１－２．１９－０．４９０．１３０．４２０．５６ＹＵＺ!———————————————————————————————————————————————－７０４．６９－２３４．０６１

7、９．２７３７０．６４７２８．８６１１３４．２０１５７８．００１９３６．８２３８３．３２７０７．２３０３４．９３５１９．００９．０２９７．１５５相应节点的变形／ｍｍ８．３２８．９１９．０３７．１３６．２６５．０９３．７２２．６１１．１６０．０６－０．２３－０．３０－７０４．６２－３９７．０４２１．７５３７０．６４７９５．４２１１９６．８０１５０７．５０２１４７．４０２５１７．５０２８９３．９０３１４４．８０３３７０．３０图