某轿车车身有限元建模及静动态特性分析

论文摘要

现代生活中，汽车在人们生活中的地位越来越重要。一个国家的汽车制造业的水平，在很大程度上也反映了其科技发展水平。许多发达国家汽车的普及已经达到了很高的程度。车身是汽车的三大总成之一，它不仅要有漂亮的整体视觉效果、足够的空间、流畅的外形曲线，更重要的是要有优越的性能。 车身是轿车的关键总成，它的构造决定了整车的力学特性，对车身进行静动态分析不仅能考察车身结构的整体刚度特性，而且可以指导人们对车身结构进行优化以及响应分析。 本文基于有限元和静动态理论，运用HyperWorks(HyperMesh)软件对某轿车车身进行了静态分析、模态分析，并与同类型车进行比较，看其结构特性的合理性。 采用三维造型软件CATIA建立车身的各个子部件，通过转换文件格式输入HyperMesh软件中。在能够反映车身结构的主要静动特性的基础上，对车身进行了必要的简化。分析了单元数量、质量、布局的前提下，用壳单元对整个车身进行网格划分，建立了详细车身有限元模型。同时，采用梁单元作为焊点的模拟。 在用求解器NASTRAN计算前，讨论了加强筋、钣金件厚度等对静态参数影响；分析了单元的划分、加强筋、钣金件厚度、焊点间距等对模态参数的影响。结果表明对厚度单一的部件，其各阶固有频率与部件的厚度成正比，厚度的提高会相应提高部件刚度；合理设置加强筋可以在质量增加很少的前提下使特定阶频率得到较大提高，对刚度提高也有重要的参考价值；连接处理方式对计算结果有一定的影响。 随后对轿车车身典型三种静态工况进行了模拟，并分别进行了计算，对车身弯曲和扭转刚度进行了评价；在自由状态工况下进行了模态分析，对车身结构振动特性进行了评价。

论文目录

• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外车身CAE技术研究现状
• 1.2.1 国外车身CAE技术的研究现状
• 1.2.2 国内车身CAE技术的研究现状
• 1.3 模态分析研究状况
• 1.4 立题意义和研究内容
• 1.4.1 立题意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 有限元、静态分析、模态分析理论以及软件基础
• 2.1 弹性力学基础
• 2.1.1 弹性力学基本方程
• 2.1.2 平面问题与薄板弯曲
• 2.2 有限元法基本理论
• 2.2.1 弹性体静力学理论基础
• 2.2.2 弹性体振动理论基础
• 2.3 静态分析理论
• 2.4 模态分析理论
• 2.4.1 模态分析
• 2.4.2 解析模态分析的理论基础
• 2.4.2.1 动力学方程和质量方程
• 2.4.2.2 特征值问题
• 2.5 建模软件
• 2.5.1 CATIA软件简介
• 2.5.2 HyperMesh概述
• 2.5.3 Nastran概述
• 2.5.4 HyperView概述
• 第三章 某轿车车身有限元建模
• 3.1 建立车身有限元模型前考虑的主要问题
• 3.2 车身结构分析模型的建立
• 3.3 建模中关键技术问题的处理
• 3.4 模型的建模具体过程
• 3.4.1 建立白车身三维CAD模型
• 3.4.2 CATIA数模的导入、修整及重构
• 3.4.3 零部件网格划分
• 3.4.4 单元质量检查
• 3.4.5 检查车身有限元模型装在一起时引起的穿透
• 3.4.6 以汽车顶盖为例来说明有限元模型的建模过程
• 3.5 影响有限元静态刚度分析结果的各种因素
• 3.5.1 单元厚度对刚度参数的影响
• 3.5.2 加强筋对刚度参数的影响
• 3.6 影响有限元模态分析结果的各种因素
• 3.6.1 单元的划分对计算结果的影响
• 3.6.2 单元厚度对模态参数的影响
• 3.6.3 加强筋对模态参数的影响
• 3.6.4 焊点间距对模态参数的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 车身静态分析研究
• 4.1 静力分析基础
• 4.2 静刚度分析大体步骤
• 4.3 车身静刚度分析具体情况
• 4.3.1 车身弯曲刚度分析具体情况
• 4.3.1.1 弯曲工况下约束与载荷的模拟
• 4.3.1.2 弯曲工况下结果分析
• 4.3.2 车身扭转工况下（空载）刚度分析具体情况
• 4.3.2.1 扭转工况下（空载）约束与载荷的模拟
• 4.3.2.2 扭转工况下（空载）结果分析
• 4.3.3 车身扭转工况下（满载）刚度分析具体情况
• 4.3.3.1 扭转工况下（满载）约束与载荷的模拟
• 4.3.3.2 扭转工况下（满载）结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 车身模态分析
• 5.1 模态分析与系统模型之间关系
• 5.2 模态分析方法
• 5.3 模态提取方法
• 5.4 车身（带前后风挡玻璃）理论模态分析
• 5.4.1 模态分析步骤
• 5.4.2 车身有限元模型模态计算及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 主要工作结论
• 6.2 进一步工作
• 参考文献
• 致谢