汽車結(jié)構(gòu)有限元分析-第六講汽車結(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)械與汽車學(xué)院車輛工程系 譚繼錦編寫 2010年3月 -汽車結(jié)構(gòu)分析實(shí)例n 1、汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與目標(biāo) n 2、 汽車結(jié)構(gòu)有限元模型 n 3、汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 n 4、汽車結(jié)構(gòu)剛度分析 n 5、汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析 n 6、汽車結(jié)構(gòu)疲勞分析 n 7、汽車結(jié)構(gòu)碰撞分析 n 8、汽車結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì) 1、汽車結(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、-汽車結(jié)構(gòu)分析的目的主要是解決汽車結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性等問題,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樣車制作階段驗(yàn)證整車的性能并且分析設(shè)計(jì)中存在問題;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新車設(shè)計(jì)目標(biāo)值包括:n 1.車身靜剛度目標(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:模擬車輪抬高;n 2.整車NVH目標(biāo)-車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率應(yīng)該錯(cuò)開激振頻率。n 3.整車安全性目標(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;前碰過程中的沖擊力;側(cè)碰中B柱各位置的侵入量;車頂壓潰中各位置的剛度值; n 4.零部件及總成壽命目標(biāo)-車身(駕駛室)疲勞壽命,懸架疲勞耐久性,車橋疲勞壽命; 汽車結(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.車身強(qiáng)度與剛度分析

4、及其靈敏度分析n 2.白車身彎曲剛度和扭轉(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.開閉件的強(qiáng)度與剛度分析 前門、后門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋、前翼子板等,使開閉件結(jié)構(gòu)滿足一定的設(shè)計(jì)要求;開閉件抗凹陷分析;開閉件側(cè)向剛度分析; n 5.車身局部強(qiáng)度與剛度分析: 儀表盤、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; 門鉸鏈和門鎖處的剛度分析; 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,使整車的動(dòng)剛度特性滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)值;n 8.安全性分析 前碰、側(cè)碰、后碰、車頂壓潰、頭部保護(hù)分析、行人保護(hù)分析、汽車的乘員安全性分析、乘員安全性以及約束系統(tǒng)模擬分析等;使整車的安全性滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)值。 n 9.耐久性分析 使整車的疲勞特性滿足一定的設(shè)計(jì)要求; 道路載荷下車身強(qiáng)度分析; 道路載荷下底盤部件疲勞耐久性分析; 車身焊點(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),定義整車層級(jí)目標(biāo)。將每個(gè)層級(jí)目標(biāo)和分析與測試的結(jié)果進(jìn)行比對(duì),充分掌握各類測試數(shù)據(jù),在設(shè)計(jì)完成量產(chǎn)前,發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)可能存在的問題,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)值確定方法 對(duì)競爭樣車進(jìn)行分析: 競爭樣車的整體剛度分析 ; 目標(biāo)車的典型截面分析及其優(yōu)化分析; 目標(biāo)車的接頭剛度分析及其優(yōu)化分析 ; 目標(biāo)車的白車身靜態(tài)剛度與模態(tài)分析; 目標(biāo)車的安全性設(shè)計(jì)方法-CAE方法,試驗(yàn)方法,標(biāo)準(zhǔn)法規(guī) 等。建立汽車設(shè)計(jì)CAE數(shù)據(jù)庫 -參考值數(shù)據(jù)庫 。車身模型的確立 2、汽車結(jié)構(gòu)

7、有限元模型-汽車結(jié)構(gòu)模型化 1汽車結(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。 汽車結(jié)構(gòu)模型化2汽車結(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) 汽車結(jié)構(gòu)模型化3 汽車結(jié)構(gòu)有限元模型 按照不同分析類型分別敘述汽車結(jié)構(gòu)建模與分析的相關(guān)問題,或者說按結(jié)構(gòu)分析類型劃分成章節(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)過程的推進(jìn),應(yīng)力分析越來越細(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。 汽車結(jié)構(gòu)有限元模型 3、汽車結(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汽車橋殼有限元分析 1汽車橋殼有限元分析n -關(guān)鍵問題在于驅(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五種:n 1.垂向載荷工況:按最大軸荷計(jì)算,另外考慮汽車通過不平路面的動(dòng)載系數(shù)。 、汽車滿載工況 、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轎車白車身建模與應(yīng)力分析n首先是制訂分析方案:包括幾何模型簡化、單元類型選擇、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)的部件名稱是為了建模、修改方便。n其次是建立了模型簡化重構(gòu)原則,模型規(guī)模要適當(dāng),該細(xì)化要細(xì)化,該簡化應(yīng)簡化。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,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) 白車身有限元模型 及計(jì)算結(jié)果圖示 3客車骨架有限元分析 -車身骨架+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。 建模過程-經(jīng)過初步建模,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)。 客車骨架幾何模型與有限元模型 4車架建模及應(yīng)力分析問題n梁單元模型-模型簡單,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)體混合單元的車架計(jì)算模型。 n懸架系統(tǒng)采用

13、等效方式建模 。 輕卡車架模型 與中卡車架模型 -know-what -know-how-know-why- 以上實(shí)例說明,汽車結(jié)構(gòu)有限元強(qiáng)度分析問題,需要完成一系列的工作,并不僅僅是建模本身一項(xiàng)。首先要了解汽車構(gòu)造,確定承受載荷,完成約束分析,通過逐步細(xì)化建立有限元模型,進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力,預(yù)測應(yīng)力分布趨勢,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、 汽車結(jié)構(gòu)剛度分析 n車身靜剛度達(dá)到了一定值可以保證車身能夠承擔(dān)動(dòng)態(tài)工作載荷,減小車身振動(dòng),提高低階模態(tài)頻率,增強(qiáng)車身可操縱性等,n車身耐久性與車身剛度也有關(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除了車身剛度(車身彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度)等整體指標(biāo)外,還有前后風(fēng)窗對(duì)角線、前后門對(duì)角線、前圍板下部變形、整車縱向彎曲和扭轉(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結(jié)構(gòu)分析中的重要方面 。 轎車車身扭轉(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車身剛度有兩類,靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)剛度。n動(dòng)態(tài)剛度一般用車身模態(tài)頻率來衡量;n靜態(tài)剛度主要指彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。 車身有限元模型,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)車身各節(jié)點(diǎn)處的位移,評(píng)價(jià)車身的剛度性能。 白車身扭轉(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。 白車身扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算 客車車身變形和車身剛度分析-車架變形和剛度分析-n一般情況下小型客車的車架要按剛度設(shè)計(jì),而載貨汽車的車架則按強(qiáng)度設(shè)計(jì),除了強(qiáng)度和剛度以外,還要考慮汽車的抗撞能力等。比如采用箱形縱橫梁能大大提高車架的扭轉(zhuǎn)剛度,但剛度過大的橫梁會(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)比較車架的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,還應(yīng)比較車架的扭轉(zhuǎn)剛度。一般情況下,按剛度設(shè)計(jì)的車架,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車架(車身)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析是汽車結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),建立車架(車身)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、汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析-汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算 n動(dòng)態(tài)分析也稱為動(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。 合理的車身模態(tài)分布對(duì)

17、提高整車的可靠性和NVH性能十分重要n汽車部件和整車的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是改進(jìn)和提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。n通過模態(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架、車身、車橋等部件的動(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)車架等部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。 白車身模態(tài)分析 白車身自由模態(tài)試驗(yàn)示意圖 白車身模型模態(tài)頻率及振型描述 振型描述 一般轎車各部分的激振頻率和固有頻率分布關(guān)系 整車模態(tài)及頻率規(guī)劃- 轎車上各個(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)力總成都與車身相連。相連接的系統(tǒng)模態(tài)要分開,以避免共振。因此汽 車研發(fā)中要做好整車模態(tài)頻率規(guī)劃,指導(dǎo)開發(fā)設(shè)計(jì)。 6、 汽車結(jié)構(gòu)疲勞分析n汽車結(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汽車耐久性試驗(yàn)技術(shù)涉及道路耐久性試驗(yàn)、試驗(yàn)場耐久性試驗(yàn)與試驗(yàn)室耐久性試驗(yàn)。而n汽車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)范的開發(fā)和道路行駛、臺(tái)架疲勞耐久試驗(yàn)的加速強(qiáng)化等一系列問題,減少試驗(yàn)場耐久性試驗(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. 采集汽車使用環(huán)境和試驗(yàn)場載荷數(shù)據(jù);n 3. 驗(yàn)證分析處理實(shí)測數(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)場耐久性試驗(yàn)。 涉及到的研究內(nèi)容主要有:n進(jìn)行汽車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)測量中直接進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測等。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。 整車激振試驗(yàn) 疲勞分析基本流程框圖- -整車虛擬試驗(yàn)場分析 7、汽車結(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)車內(nèi)乘客身體的損傷。n汽車結(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)。 整車碰撞仿真n整車碰撞計(jì)算仿真主要包括正碰、側(cè)碰和追尾三種碰撞類型,碰撞分析用單元類型主要有體單元、殼單元、梁單元、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)車輛造成的損傷后果與汽車所吸收的能量有關(guān),碰撞載荷主要因素是車速。碰撞評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中采用有效碰撞車速的概念。碰撞計(jì)算的目的不是防止車輛損傷而是研究乘員保護(hù), 碰撞仿真模型 關(guān)于整車模型 n -整車疲勞耐久性壽命分析、整車碰撞安全性分析以及整車NVH性能仿真 n 1. 整

22、車模型復(fù)雜規(guī)模大n 2. 整車特性預(yù)測難度大n 3. 整車特性需要混合仿真n 4. 整車模型的校核與驗(yàn)證 8、汽車結(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,通過改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值來實(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,這些變量需要通過參數(shù)化定義來指定。 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,通過合理修改關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)形式與尺寸,提高車身整體抗彎或抗扭剛度等措施來改進(jìn)車身模態(tài)。車身結(jié)構(gòu)分析中的靈敏度分析就是分析車身結(jié)構(gòu)性能參數(shù)的變化對(duì)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)變化的敏感程度,主要有白車身扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度靈敏度分析、車身模態(tài)頻率靈敏度分析等。 n如白車身扭轉(zhuǎn)剛度靈敏度分析,選取車身板厚為設(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)車身主要構(gòu)件板厚的靈敏度。 示例:白車身輕量化設(shè)計(jì) n以車身質(zhì)量最輕為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析 ;n汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足產(chǎn)品多屬性指標(biāo),就車身輕量化來說并非就車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化一項(xiàng)分析,而是車身結(jié)構(gòu)綜合分析的結(jié)果 。 。春暖花開。香自苦來。

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