微型客车白车身有限元建模及静动态特性分析

论文摘要

微型客车车身是整车的主要组成部分，车身的各项性能直接影响到整车的安全性、舒适性和操纵性，故在微型客车车身的设计阶段对其静动态特性的分析是不可缺少的。它不仅缩短汽车生产周期，提高汽车的整车质量，而且降低了汽车的生产成本。本课题以“某微型客车白车身”的车身模型为研究对象，通过微型客车白车身造型、有限元建模、车身结构静动态特性等产品设计开发技术，完成了白车身静动态特性的分析。课题的主要内容包括：1.建立白车身有限元模型(1)根据白车身结构及零件装配关系建立白车身三维实体模型；(2)基于UG6.0的三维实体模型，并且对相关的曲线、曲面和实体进行修改和重构、结构的合理简化。建立UG6.0与Workbench12.0之间的数据接口，把UG6.0内建好的模型导入到Workbench12.0中去，为建立合理的有限元模型做准备；(3)本课题处理接触关系采用了两种方法：自动默认法和模拟焊接法。自动默认法就是在UG6.0建立的模型基础上，导进Workbench12.0中去，DesignModeler自动识别构件的接触关系，把整个车身作为一个整体；模拟焊接法就是直接应用DesignModeler中提供的点焊焊接关系来处理构件之间的连接关系。在Workbench12.0中，以4面体和6面体实体单元为主，对车身实体模型进行网格划分，其节点总数是253089，单元的总数是123928。其单元数量级达到同类白车身网格划分的要求，从而建立有限元模型。2.白车身结构静态分析在有限元模型的基础上，模拟了白车身静态弯曲、扭转和弯扭组合这三种典型工况，分别得到了该工况下白车身模型的整体、Z向变形云图和整体应变云图，并分别选择车身上的一条路径，得到该路径在整体变形下的位移和应变曲线。在模拟弯曲工况时，分别对利用两种接触关系建立起来的模型进行模拟，并比较了两种模型的结果，并确定采用模拟焊接法建立的模型作为分析的对象。并且在原车身模型的基础上，对车身结构进行改进，使车身加强部分形成封闭结构，再次进行静态弯曲工况模拟，得到相应的结果，并且与改进前的模型模拟结果进行对比，最后从整个车身和Z向变形的角度分析了两次模拟的结果。3.白车身结构动态分析(1)模态分析完成了虚拟环境下白车身的自由模态分析。通过对微型客车白车身结构改进前后的有限元模型进行了模态分析，分别提取了车身结构的前6阶固有频率和振型，为以后车身结构的改进和再设计提供了依据。(2)谐响应分析完成了白车身的谐响应分析。对车身前部的左右两侧施加正弦曲线载荷，最后获得应力、应变、位移、加速度与频率之间的关系曲线和应力、位移与相位角之间的关系曲线，并对结果进行了分析，对该车身舒适性的提高具有指导意义。本文研究的课题属于工程应用型，需要在今后的车身设计和分析中进一步加深研究，对不断完善车身设计和提高分析水平有很大的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外车身 CAE 技术研究现状及差距
• 1.3 论文研究的内容及意义
• 1.3.1 论文研究的内容
• 1.3.2 论文研究的意义
• 2 车身结构有限元理论分析
• 2.1 引言
• 2.1.1 车身结构特点
• 2.1.2 有限元车身结构分析
• 2.2 车身结构有限元理论分析过程
• 2.2.1 网格划分
• 2.2.2 位移模式的选择
• 2.2.3 单元力学特性的分析
• 2.2.4 计算等效节点力
• 2.2.5 集合所有单元的平衡方程
• 2.2.6 求解未知节点位移和计算单元应力
• 2.3 本章小结
• 3 微型客车白车身有限元建模
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型建立过程
• 3.2.1 分析车身的基本数据
• 3.2.2 建立三维几何实体
• 3.2.3 简化车身模型
• 3.2.4 模型导入
• 3.2.5 网格划分
• 3.2.6 材料的参数设置
• 3.3 本章小结
• 4 白车身结构静态分析
• 4.1 引言
• 4.2 静力分析基础
• 4.3 静态结构分析
• 4.3.1 弯曲工况下的刚度分析
• 4.3.2 扭转工况下的刚度分析
• 4.3.3 弯扭组合工况下的刚度分析
• 4.4 本章小结
• 5 白车身结构动态分析
• 5.1 引言
• 5.2 动态分析基础
• 5.3 模态分析
• 5.4 谐响应分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢