汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元分析-第六講汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元分析實(shí)例

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1、版權(quán)所有，僅限于學(xué)習(xí)交流之用 第六講 汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元分析實(shí)例 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)學(xué)院車(chē)輛工程系 譚繼錦編寫(xiě) 2010年3月 -汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析實(shí)例n 1、汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo) n 2、 汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元模型 n 3、汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 n 4、汽車(chē)結(jié)構(gòu)剛度分析 n 5、汽車(chē)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析 n 6、汽車(chē)結(jié)構(gòu)疲勞分析 n 7、汽車(chē)結(jié)構(gòu)碰撞分析 n 8、汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì) 1、汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo)n有限元分析方法是汽車(chē)數(shù)字化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)核心技術(shù)；n在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)及性能做出預(yù)先評(píng)估；n有限元分析能夠提供大量的仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)，進(jìn)而可以替代部分試驗(yàn)，有利于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累和設(shè)計(jì)技術(shù)的提高。

2、-汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析的目的主要是解決汽車(chē)結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性等問(wèn)題，其分析內(nèi)容十分廣泛，而且相互關(guān)聯(lián)，主要涉及以下內(nèi)容： n可靠性：研究汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和動(dòng)態(tài)特性，以及疲勞壽命等；n安全性：研究結(jié)構(gòu)耐撞性與乘員安全性等；n經(jīng)濟(jì)性：研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化及輕量化等；n舒適性：進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲分析等。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo)n結(jié)構(gòu)分析可以劃分成幾個(gè)階段，各階段有不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)。n概念設(shè)計(jì)階段建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；n詳細(xì)設(shè)計(jì)階段達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；n樣車(chē)制作階段驗(yàn)證整車(chē)的性能并且分析設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題；n產(chǎn)品制造階段驗(yàn)證設(shè)計(jì)和改進(jìn)產(chǎn)品。 -以下概略匯總了汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中在概念設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段汽車(chē)結(jié)構(gòu)

3、部分分析內(nèi)容及設(shè)計(jì)目標(biāo)，這些內(nèi)容與目標(biāo)是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，需要結(jié)合工程實(shí)際不斷調(diào)整并發(fā)展。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo)概念設(shè)計(jì)階段n新車(chē)設(shè)計(jì)目標(biāo)值包括：n 1.車(chē)身靜剛度目標(biāo)-彎曲剛度：模擬乘客負(fù)荷；尾部彎曲剛度：模擬行李負(fù)荷；扭轉(zhuǎn)剛度：模擬車(chē)輪抬高；n 2.整車(chē)NVH目標(biāo)-車(chē)身結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)激振頻率。n 3.整車(chē)安全性目標(biāo)-前圍擋板重要位置的侵入量;管柱的向后以及向上的侵入量；前碰過(guò)程中的沖擊力；側(cè)碰中B柱各位置的侵入量；車(chē)頂壓潰中各位置的剛度值； n 4.零部件及總成壽命目標(biāo)-車(chē)身（駕駛室）疲勞壽命，懸架疲勞耐久性，車(chē)橋疲勞壽命； 汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段n 1.車(chē)身強(qiáng)度與剛度分析

4、及其靈敏度分析n 2.白車(chē)身彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度n 3.截面分析與接頭剛度分析 截面分析：檢查截面尺寸的正確性； 優(yōu)化板件的厚度； 接頭剛度分析：保證接頭的剛度達(dá)到一定的剛度值； 截面特性對(duì)剛度的影響： 截面特性對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度的影響； 截面特性對(duì)彎曲剛度的影響； n 4.開(kāi)閉件的強(qiáng)度與剛度分析 前門(mén)、后門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋、前翼子板等,使開(kāi)閉件結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足一定的設(shè)計(jì)要求；開(kāi)閉件抗凹陷分析；開(kāi)閉件側(cè)向剛度分析； n 5.車(chē)身局部強(qiáng)度與剛度分析: 儀表盤(pán)、管柱、前保險(xiǎn)桿、后保險(xiǎn)桿、座椅、安全帶等； 引擎蓋鉸接處的剛度分析； 門(mén)鉸鏈和門(mén)鎖處的剛度分析； 油箱蓋的剛度分析； 刮雨器連接點(diǎn)的剛度分析； 儀表盤(pán)連

5、接點(diǎn)的剛度分析； 行李箱蓋的剛度分析；n 6.模態(tài)分析以及頻率響應(yīng)分析： 模態(tài)分析、動(dòng)剛度分析、傳遞函數(shù)分析、聲穴分析、舒適性分析等； 低階模態(tài)的靈敏度分析； 點(diǎn)導(dǎo)納； 懸置剛度； n 7.NVH分析: 通過(guò)低階頻率值的靈敏度分析，調(diào)整關(guān)鍵靈敏零件結(jié)構(gòu)的形狀與尺寸，使整車(chē)的動(dòng)剛度特性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)值；n 8.安全性分析 前碰、側(cè)碰、后碰、車(chē)頂壓潰、頭部保護(hù)分析、行人保護(hù)分析、汽車(chē)的乘員安全性分析、乘員安全性以及約束系統(tǒng)模擬分析等；使整車(chē)的安全性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)目標(biāo)值。 n 9.耐久性分析 使整車(chē)的疲勞特性滿(mǎn)足一定的設(shè)計(jì)要求； 道路載荷下車(chē)身強(qiáng)度分析； 道路載荷下底盤(pán)部件疲勞耐久性分析； 車(chē)身焊點(diǎn)疲勞壽命

6、評(píng)估； 在先期評(píng)估產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，要分級(jí)分項(xiàng)制訂目標(biāo)，包括整車(chē)分級(jí)、總成分級(jí)及零部件分級(jí)。定義零部件層級(jí)目標(biāo)，定義總成層級(jí)目標(biāo)，定義整車(chē)層級(jí)目標(biāo)。將每個(gè)層級(jí)目標(biāo)和分析與測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，充分掌握各類(lèi)測(cè)試數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)完成量產(chǎn)前，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)可能存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)值確定方法 對(duì)競(jìng)爭(zhēng)樣車(chē)進(jìn)行分析: 競(jìng)爭(zhēng)樣車(chē)的整體剛度分析 ; 目標(biāo)車(chē)的典型截面分析及其優(yōu)化分析; 目標(biāo)車(chē)的接頭剛度分析及其優(yōu)化分析 ; 目標(biāo)車(chē)的白車(chē)身靜態(tài)剛度與模態(tài)分析; 目標(biāo)車(chē)的安全性設(shè)計(jì)方法-CAE方法，試驗(yàn)方法，標(biāo)準(zhǔn)法規(guī) 等。建立汽車(chē)設(shè)計(jì)CAE數(shù)據(jù)庫(kù) -參考值數(shù)據(jù)庫(kù) 。車(chē)身模型的確立 2、汽車(chē)結(jié)構(gòu)

7、有限元模型-汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型化 1汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) 幾何模型力學(xué)模型計(jì)算模型 ：力學(xué)模型起著承上啟下的作用，力學(xué)模型提供了載荷信息與邊界條件。而幾何模型并非就是計(jì)算模型。（1）計(jì)算目的不同計(jì)算模型不同（2）結(jié)構(gòu)受力不同計(jì)算模型不同 結(jié)構(gòu)部件可以分為桿、梁、板、殼、塊體及平面應(yīng)力應(yīng)變等。其他特殊功能的單元有質(zhì)量單元、彈簧單元、剛性單元、焊點(diǎn)單元、約束方程等。了解并用好這些單元，可以更方便地模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)。 單元選擇的準(zhǔn)則是基于對(duì)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析與單元屬性的理解。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型化2汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型化準(zhǔn)則（1）用準(zhǔn)確的力學(xué)組件構(gòu)造模型n桿、梁、板殼與實(shí)體是構(gòu)造模型的主體，要根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力狀況，選擇合適的力學(xué)

8、組件，既要反映結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，又不必片面追求高級(jí)組件，尤其是不要一切都用三維實(shí)體建模。（2）用適當(dāng)?shù)囊?guī)模構(gòu)造模型n計(jì)算網(wǎng)格密度、分析精度和分析時(shí)間之間的平衡。（3）施加正確的載荷與邊界條件 n載荷準(zhǔn)則；n標(biāo)準(zhǔn)載荷，標(biāo)準(zhǔn)載荷使得各分析計(jì)算結(jié)果具有可比性。n邊界條件與支承條件（4）避免結(jié)構(gòu)約束不足形成機(jī)構(gòu) 汽車(chē)結(jié)構(gòu)模型化3 汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元模型 按照不同分析類(lèi)型分別敘述汽車(chē)結(jié)構(gòu)建模與分析的相關(guān)問(wèn)題，或者說(shuō)按結(jié)構(gòu)分析類(lèi)型劃分成章節(jié)，只是為敘述的方便，是教材的一種編排。 由于分析目的不同，要求精度有別，模型規(guī)模差異，使得結(jié)構(gòu)分析工作往往需要從綜合的角度全面把握。 在利用有限元模型時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)明確分析的目標(biāo)

9、與要求。在初步設(shè)計(jì)階段，從簡(jiǎn)單模型做起，分析應(yīng)放在了解載荷狀況和應(yīng)力水平等整體特性上。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的推進(jìn)，應(yīng)力分析越來(lái)越細(xì)。一旦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本確認(rèn)，就可以進(jìn)行詳細(xì)而精確的應(yīng)力分析，尤其注意應(yīng)力集中等局部區(qū)域，最后確定設(shè)計(jì)方案。 汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元模型 3、汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 -靜態(tài)強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度1汽車(chē)橋殼有限元分析 1汽車(chē)橋殼有限元分析n -關(guān)鍵問(wèn)題在于驅(qū)動(dòng)橋受力分析和荷載計(jì)算 ；按照驅(qū)動(dòng)橋受力狀況，其主要典型載荷工況有三類(lèi)五種：n 1.垂向載荷工況：按最大軸荷計(jì)算，另外考慮汽車(chē)通過(guò)不平路面的動(dòng)載系數(shù)。 、汽車(chē)滿(mǎn)載工況 、沖擊載荷作用工況： n 2.縱向載荷工況：按牽引力或制動(dòng)力最大計(jì)算；

10、、最大牽引力工況： 、緊急制動(dòng)工況： n 3.側(cè)向載荷工況：按側(cè)向力最大計(jì)算。 n -關(guān)鍵問(wèn)題在于載荷與約束施加 橋殼計(jì)算采用在輪軸處加載，在板簧處約束的方法，這樣處理載荷比較準(zhǔn)確，與在板簧處加載、在輪軸處約束的另一種方法等效。輪軸上載荷按余弦曲線(xiàn)分配到半個(gè)輪軸上各節(jié)點(diǎn)，板簧上約束一個(gè)區(qū)域。 2轎車(chē)白車(chē)身建模與應(yīng)力分析n首先是制訂分析方案：包括幾何模型簡(jiǎn)化、單元類(lèi)型選擇、網(wǎng)格密度和質(zhì)量控制、材料與部件命名體系等原則。如對(duì)該車(chē)身建立了模型命名體系：即規(guī)則、順序、編號(hào)（留有余量），按照車(chē)身、總成、零件與模型中部件、組件、元件相對(duì)應(yīng)。如地板總成、左右前縱梁總成、前輪罩焊接總成、左右側(cè)圍焊接總成、前圍

11、焊接總成、頂蓋及前后梁、后圍焊接總成等。建立模型系統(tǒng)的部件名稱(chēng)是為了建模、修改方便。n其次是建立了模型簡(jiǎn)化重構(gòu)原則，模型規(guī)模要適當(dāng)，該細(xì)化要細(xì)化，該簡(jiǎn)化應(yīng)簡(jiǎn)化。在保證計(jì)算目的和精度條件下，盡量控制節(jié)點(diǎn)規(guī)模，最大限度保留零件主要力學(xué)特征，刪除小孔、面，將小面合并成大面，相鄰面共用一條線(xiàn)，點(diǎn)焊連接部位要單獨(dú)構(gòu)成組件等。 n選用殼單元，以四邊形單元為主，輔以三角形單元（過(guò)渡區(qū)），優(yōu)先采用四邊形單元，盡量采用矩形單元，使網(wǎng)格分布均勻。n在建模前制訂網(wǎng)格劃分標(biāo)準(zhǔn) 白車(chē)身有限元模型 及計(jì)算結(jié)果圖示 3客車(chē)骨架有限元分析 -車(chē)身骨架+等效懸架系統(tǒng)的有限元模型n有限元模型建立：n簡(jiǎn)化原則；n分塊模建 ；n懸架

12、系統(tǒng)等效有限元模型。 建模過(guò)程-經(jīng)過(guò)初步建模，反復(fù)檢驗(yàn)與多次修改并完善，形成一個(gè)實(shí)用的計(jì)算模型。隨后又將試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，部分修改模型，細(xì)化模型，完成了由粗到精的幾何建模及有限元建模，確保計(jì)算結(jié)果的可靠性，為結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 客車(chē)骨架幾何模型與有限元模型 4車(chē)架建模及應(yīng)力分析問(wèn)題n梁?jiǎn)卧Ｐ?模型簡(jiǎn)單，尤其是直觀的內(nèi)力圖，在設(shè)計(jì)初期分析可用。n板單元模型 -比較精確，它避免了梁模型連接處不易模擬的缺點(diǎn)，可以反映縱橫梁連接、局部加強(qiáng)板、各種附屬支架等情況。 n實(shí)體單元模型 -實(shí)體單元模型能夠分析縱橫梁連接處應(yīng)力變化情況。n板、梁、實(shí)體混合單元的車(chē)架計(jì)算模型。 n懸架系統(tǒng)采用

13、等效方式建模 。 輕卡車(chē)架模型 與中卡車(chē)架模型 -know-what -know-how-know-why- 以上實(shí)例說(shuō)明，汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元強(qiáng)度分析問(wèn)題，需要完成一系列的工作，并不僅僅是建模本身一項(xiàng)。首先要了解汽車(chē)構(gòu)造，確定承受載荷，完成約束分析，通過(guò)逐步細(xì)化建立有限元模型，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力，預(yù)測(cè)應(yīng)力分布趨勢(shì)，同時(shí)要使改進(jìn)設(shè)計(jì)符合制造工藝要求，幫助確定最終設(shè)計(jì)方案。 4、 汽車(chē)結(jié)構(gòu)剛度分析 n車(chē)身靜剛度達(dá)到了一定值可以保證車(chē)身能夠承擔(dān)動(dòng)態(tài)工作載荷，減小車(chē)身振動(dòng)，提高低階模態(tài)頻率，增強(qiáng)車(chē)身可操縱性等，n車(chē)身耐久性與車(chē)身剛度也有關(guān)聯(lián)。n一般而言，剛度不足會(huì)使部件產(chǎn)生變形而破壞零部件之間的相對(duì)位置，從

14、而引起應(yīng)力集中，降低零部件的使用壽命。n除了車(chē)身剛度（車(chē)身彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度）等整體指標(biāo)外，還有前后風(fēng)窗對(duì)角線(xiàn)、前后門(mén)對(duì)角線(xiàn)、前圍板下部變形、整車(chē)縱向彎曲和扭轉(zhuǎn)變形等，都有詳盡的指標(biāo)。 n其它如接頭剛度分析，局部剛度分析等也是汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中的重要方面 。 轎車(chē)車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度分析 -剛度是指結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，變形小則剛度好。 n車(chē)身剛度有兩類(lèi)，靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)剛度。n動(dòng)態(tài)剛度一般用車(chē)身模態(tài)頻率來(lái)衡量；n靜態(tài)剛度主要指彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 車(chē)身有限元模型，在前后懸掛位置處采用塔形支撐方式連接，前懸掛添加加載梁并施加大小相等方向相反的力，后塔形支撐底部完全約束，前塔形支撐加載梁中部去掉轉(zhuǎn)動(dòng)約

15、束。根據(jù)車(chē)身各節(jié)點(diǎn)處的位移，評(píng)價(jià)車(chē)身的剛度性能。 白車(chē)身扭轉(zhuǎn)約束與分析 n扭轉(zhuǎn)工況計(jì)算一般模擬試驗(yàn)工況，采用前加載梁后塔形支撐方式。 白車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 客車(chē)車(chē)身變形和車(chē)身剛度分析-車(chē)架變形和剛度分析-n一般情況下小型客車(chē)的車(chē)架要按剛度設(shè)計(jì)，而載貨汽車(chē)的車(chē)架則按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，除了強(qiáng)度和剛度以外，還要考慮汽車(chē)的抗撞能力等。比如采用箱形縱橫梁能大大提高車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度，但剛度過(guò)大的橫梁會(huì)在縱梁上引起很高的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，容易導(dǎo)致早期損壞，所以不但應(yīng)比較車(chē)架的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，還應(yīng)比較車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度。一般情況下，按剛度設(shè)計(jì)的車(chē)架，其強(qiáng)度或耐久性會(huì)有一定的余量，而按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的車(chē)架其變形顯得偏大，所以要從強(qiáng)度剛度等多方面取

16、得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)。 n車(chē)架（車(chē)身）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析是汽車(chē)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，建立車(chē)架（車(chē)身）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的邊界條件、載荷工況、評(píng)價(jià)規(guī)范是分析的重點(diǎn)。 5、汽車(chē)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析-汽車(chē)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算 n動(dòng)態(tài)分析也稱(chēng)為動(dòng)力分析，此時(shí)慣性力和阻尼與結(jié)構(gòu)剛度一起要考慮；n汽車(chē)振動(dòng)響應(yīng)分析是求發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、地面激振等引起的振動(dòng)響應(yīng)；n振動(dòng)響應(yīng)分析，有時(shí)間歷程響應(yīng)分析，頻率響應(yīng)分析（諧響應(yīng)分析）、響應(yīng)譜分析等； n模態(tài)分析不考慮外力和阻尼，僅從質(zhì)量和剛度的平衡來(lái)求特征值和振動(dòng)模態(tài)。與靜態(tài)分析不同，模態(tài)分析分為自由模態(tài)與約束模態(tài)。自由模態(tài)可以不施加約束，此時(shí)有六階剛體模態(tài)，剛體模態(tài)對(duì)應(yīng)零頻率。 合理的車(chē)身模態(tài)分布對(duì)

17、提高整車(chē)的可靠性和NVH性能十分重要n汽車(chē)部件和整車(chē)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是改進(jìn)和提高汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。n通過(guò)模態(tài)分析可以了解各階振型的特點(diǎn)，進(jìn)行振動(dòng)的故障診斷，為汽車(chē)改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。n在此基礎(chǔ)上還可以應(yīng)用振型疊加法進(jìn)行頻響分析，即將各階振型加權(quán)疊加，考察在受到來(lái)自地面的激勵(lì)后，哪一些頻率的振型在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)中起主要作用，從而較完整地揭示車(chē)架、車(chē)身、車(chē)橋等部件的動(dòng)態(tài)特性。 n在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上利用逐步積分法還可以對(duì)車(chē)架等部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 白車(chē)身模態(tài)分析 白車(chē)身自由模態(tài)試驗(yàn)示意圖 白車(chē)身模型模態(tài)頻率及振型描述 振型描述 一般轎車(chē)各部分的激振頻率和固有頻率分布關(guān)系 整車(chē)模態(tài)及頻率規(guī)劃- 轎車(chē)上各個(gè)系

18、統(tǒng)是相互連接在一起的，進(jìn)排氣系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、座椅系統(tǒng)、動(dòng)力總成都與車(chē)身相連。相連接的系統(tǒng)模態(tài)要分開(kāi)，以避免共振。因此汽 車(chē)研發(fā)中要做好整車(chē)模態(tài)頻率規(guī)劃，指導(dǎo)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。 6、 汽車(chē)結(jié)構(gòu)疲勞分析n汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵零部件都需要進(jìn)行預(yù)定的疲勞耐久性試驗(yàn)以驗(yàn)證產(chǎn)品的疲勞性能。 n汽車(chē)耐久性試驗(yàn)技術(shù)涉及道路耐久性試驗(yàn)、試驗(yàn)場(chǎng)耐久性試驗(yàn)與試驗(yàn)室耐久性試驗(yàn)。而n汽車(chē)疲勞耐久性分析技術(shù)則是基于CAE分析的虛擬試驗(yàn)疲勞壽命分析，包括整車(chē)疲勞分析與部件疲勞分析。 n 以道路載荷譜采集與處理為依托，以結(jié)構(gòu)疲勞損傷（壽命）為目標(biāo)，基于材料的疲勞壽命，根據(jù)累積損傷原理，建立不同載荷輸人方式下的疲勞耐久性試驗(yàn)之間的當(dāng)量

19、等效關(guān)系，確定耐久性行駛試驗(yàn)規(guī)范的開(kāi)發(fā)和道路行駛、臺(tái)架疲勞耐久試驗(yàn)的加速?gòu)?qiáng)化等一系列問(wèn)題，減少試驗(yàn)場(chǎng)耐久性試驗(yàn)量，加大基于CAE的虛擬疲勞壽命分析。 結(jié)構(gòu)疲勞耐久性整體解決方案可以劃分為以下幾個(gè)步驟:n 1. 建立壽命設(shè)計(jì)目標(biāo)；n 2. 采集汽車(chē)使用環(huán)境和試驗(yàn)場(chǎng)載荷數(shù)據(jù)；n 3. 驗(yàn)證分析處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；n 4. 獲取材料的疲勞壽命性能；n 5. 預(yù)估零部件的疲勞壽命；n 6. 臺(tái)架模擬試驗(yàn)；n 7. 試驗(yàn)場(chǎng)耐久性試驗(yàn)。 涉及到的研究?jī)?nèi)容主要有：n進(jìn)行汽車(chē)道路載荷采集道路載荷譜采集是疲勞耐久性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為道路模擬試驗(yàn)、多體動(dòng)力學(xué)分析、以及疲勞壽命分析提供輸入數(shù)據(jù)。n進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理和疲勞分析，

20、這方面工作涉及道路載荷譜處理分析、臺(tái)架加速試驗(yàn)譜編制、以及從實(shí)驗(yàn)測(cè)量中直接進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)等。n進(jìn)行基于有限元方法的疲勞壽命計(jì)算。 n分析與評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)疲勞特性，建立疲勞耐久性分析標(biāo)準(zhǔn)等。 整車(chē)激振試驗(yàn) 疲勞分析基本流程框圖- -整車(chē)虛擬試驗(yàn)場(chǎng)分析 7、汽車(chē)結(jié)構(gòu)碰撞分析 n碰撞模擬的目的在于盡可能真實(shí)地模擬出汽車(chē)碰撞時(shí)所發(fā)生的一切，包括零部件和裝置的壓碎、彎曲、扭曲、剪切、拉伸以及磨損等情況以及對(duì)車(chē)內(nèi)乘客身體的損傷。n汽車(chē)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須包括耐撞性能的評(píng)價(jià)和對(duì)碰撞能量吸收的控制。碰撞分析著重計(jì)算結(jié)構(gòu)的變形，關(guān)注部件的吸能效果，進(jìn)而評(píng)價(jià)碰撞能量吸收、乘員生存空間、燃油泄漏、力傳播途徑等。 n整車(chē)模型要

21、區(qū)分碰撞區(qū)域和非碰撞區(qū)域，重要的結(jié)構(gòu)部件和非重要的部件，可能坍塌的區(qū)域和基本上不變形的部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)等）。 整車(chē)碰撞仿真n整車(chē)碰撞計(jì)算仿真主要包括正碰、側(cè)碰和追尾三種碰撞類(lèi)型，碰撞分析用單元類(lèi)型主要有體單元、殼單元、梁?jiǎn)卧?、桿單元和彈簧單元等。n最小單元尺寸推薦為10mm；n碰撞模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)一般大于200000400000。n碰撞對(duì)車(chē)輛造成的損傷后果與汽車(chē)所吸收的能量有關(guān)，碰撞載荷主要因素是車(chē)速。碰撞評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中采用有效碰撞車(chē)速的概念。碰撞計(jì)算的目的不是防止車(chē)輛損傷而是研究乘員保護(hù)， 碰撞仿真模型 關(guān)于整車(chē)模型 n -整車(chē)疲勞耐久性壽命分析、整車(chē)碰撞安全性分析以及整車(chē)NVH性能仿真 n 1. 整

22、車(chē)模型復(fù)雜規(guī)模大n 2. 整車(chē)特性預(yù)測(cè)難度大n 3. 整車(chē)特性需要混合仿真n 4. 整車(chē)模型的校核與驗(yàn)證 8、汽車(chē)結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì) -優(yōu)化設(shè)計(jì)就是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)。 n設(shè)計(jì)變量：為自變量，通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。n狀態(tài)變量；是因變量，為設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，是約束設(shè)計(jì)的數(shù)值。n目標(biāo)函數(shù)：是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，即要盡量減小的數(shù)值。如梁的質(zhì)量可取為目標(biāo)函數(shù)。優(yōu)化程序中，可以設(shè)定單目標(biāo)函數(shù)或多目標(biāo)函數(shù)。 n設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量與目標(biāo)函數(shù)構(gòu)成為優(yōu)化變量，這些變量需要通過(guò)參數(shù)化定義來(lái)指定。 優(yōu)化設(shè)計(jì)基本步驟n參數(shù)化建立模型（設(shè)計(jì)變量為參數(shù)）并求解；n提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)，建立與

23、分析變量相對(duì)應(yīng)的參數(shù)；n聲明優(yōu)化變量，選擇優(yōu)化方法，指定優(yōu)化循環(huán)控制方式，進(jìn)行優(yōu)化分析；n參數(shù)化提取結(jié)果（狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)為參數(shù)）及數(shù)據(jù)后處理。 示例： 白車(chē)身靈敏度分析 n為了提高關(guān)注模態(tài)的模態(tài)剛度，需要找出影響低階關(guān)注模態(tài)的靈敏零件，通過(guò)合理修改關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，提高車(chē)身整體抗彎或抗扭剛度等措施來(lái)改進(jìn)車(chē)身模態(tài)。車(chē)身結(jié)構(gòu)分析中的靈敏度分析就是分析車(chē)身結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的變化對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)變化的敏感程度，主要有白車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度靈敏度分析、車(chē)身模態(tài)頻率靈敏度分析等。 n如白車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度靈敏度分析，選取車(chē)身板厚為設(shè)計(jì)變量，以反映扭轉(zhuǎn)剛度的扭轉(zhuǎn)角為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)的撓度對(duì)車(chē)身主要構(gòu)件板厚的靈敏度。 示例：白車(chē)身輕量化設(shè)計(jì) n以車(chē)身質(zhì)量最輕為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析 ；n汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿(mǎn)足產(chǎn)品多屬性指標(biāo)，就車(chē)身輕量化來(lái)說(shuō)并非就車(chē)身結(jié)構(gòu)優(yōu)化一項(xiàng)分析，而是車(chē)身結(jié)構(gòu)綜合分析的結(jié)果 。 。春暖花開(kāi)。香自苦來(lái)。