SUV白車身彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度分析

蔡智清 崔俊杰 張 濤 劉金寶 李旭亮

(中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 山西 太原 030051)

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SUV白車身彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度分析

蔡智清 崔俊杰 張 濤 劉金寶 李旭亮

(中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 山西 太原 030051)

白車身在研究過程中，剛度不足，會(huì)影響汽車壽命，最終影響汽車安全性能。通過采用有限元分析，用Hypermesh畫出SUV白車身模型,之后用Nastran對(duì)白車身進(jìn)行彎曲扭轉(zhuǎn)剛度分析，得出研究結(jié)果，最后通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性并進(jìn)行優(yōu)化，從而為研究分析提供充實(shí)依據(jù)。

白車身；彎曲扭轉(zhuǎn)；剛度；有限元分析

引言

白車身剛度與強(qiáng)度[1]不足會(huì)影響汽車壽命易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和聲響。因此從彎曲與扭轉(zhuǎn)兩方面進(jìn)行研究析，保證汽車安全性能。此文中以SUV車型對(duì)白車身[2]進(jìn)行彎扭剛度分析。

一、白車身有限元建模[3]

(一)網(wǎng)格劃分

進(jìn)行幾何清理，用基準(zhǔn)為10mm生成網(wǎng)格并調(diào)節(jié)網(wǎng)格質(zhì)量。

(二)模型描述

模型鈑金件采用shell單元，粘膠采用solid單元，縫焊采用rbe2連接。

(三)約束條件

彎曲剛度:在Nastran軟件下[4]約束車身4個(gè)DAMPER BASE點(diǎn)6自由度，對(duì)車門檻的軸距中心點(diǎn)，左右側(cè)各加載負(fù)Z向250kgf(2450N)的載荷，距離前DAMPER BASE點(diǎn)X向993.5mm為加載點(diǎn)的位置。

扭轉(zhuǎn)剛度：約束車身前左和后端兩個(gè)DAMPER BASE點(diǎn)6自由度，在右前DAMPER BASE面中心加載法向(60kgf)588N的載荷。

二、分析結(jié)果

點(diǎn)的坐標(biāo)由廠家給出：1(-415，-442)2(0，-453)3(140，-419)4(373，-642.5)5(894，-640)6(1093，-641.5)7(1633，-548)8(1915，-641)9(2125，-512.5)10(2540，-517)11(-415,442)12(0,453)13(140,419)14(373,642.5)15(894,640)

16(1093,641.5)17(1633,548)18(1915,641)19(2125,512.5)20(2540,517)

Z軸坐標(biāo)以XY坐標(biāo)為基準(zhǔn)投影到車身。

根據(jù)分析得到的各點(diǎn)位移量找出最大變形。

彎曲剛度：

K彎曲=F/s=1.5103E6(N.m2)(F為力，s為最大位移量)

扭轉(zhuǎn)剛度：

K扭轉(zhuǎn)=F*s/θ=1.658E6(N.m2/rad)(F為力，s為最大位移量，θ為扭轉(zhuǎn)角度)

三、試驗(yàn)結(jié)果

(一)彎曲試驗(yàn)結(jié)果。測(cè)出的Z向位移量：序號(hào)1-10的點(diǎn)分別為-0.205，-0.252，-0.326，-0.378，-0.785，-0.785，-0.262，-0.423，-0.075，-0.285；序號(hào)11-20的點(diǎn)分別為-0.245，-0.329，-0.402，-0.490，-0.909，-0.976，-0.221，-0.371，-0.024，-0.297.

(二)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果。測(cè)出的Z向位移量：序號(hào)1-10的點(diǎn)分別為-0.443，-0.219，-0.274，0.090，0.156,0.156，0.130,0.022,0.052,0.324；序號(hào)11-20的點(diǎn)分別為-1.826,-1.611,-1.475,-1.693,-1.163,-0.991,-0.238,-0.375,0.002,0.050.

同理按照上述計(jì)算得出彎曲剛性試驗(yàn)結(jié)果1.3607E+6(N.m2)，扭轉(zhuǎn)剛性試驗(yàn)結(jié)果7.632E+5(N.m2/rad)。

四、分析值與結(jié)果值對(duì)比優(yōu)化

進(jìn)過對(duì)比，兩者值存在差異，保證不影響結(jié)構(gòu)以及輕量化方面[5]通過以下方式優(yōu)化:

彎曲

改變約束點(diǎn)設(shè)置：左前DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束2,3；右前DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束3；左后DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束1,2,3；右后DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束1,3。

扭轉(zhuǎn)

改變約束點(diǎn)設(shè)置：左前DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束3； 右前DAMPER BASE點(diǎn)的rbe2主從點(diǎn)約束1～6；左后和右后約束方式與彎曲一樣。

按照上述相同的計(jì)算方式，得到結(jié)果如下：

K彎曲=1.2601E6(N.m2)，實(shí)驗(yàn)值為1.3607E6(N.m2)，百分比為92.2%。

K扭轉(zhuǎn)=7.376E+5(N.m2/rad)，實(shí)驗(yàn)值為7.632E+5(N.m2/rad)，百分比為96.6%。

五、結(jié)論

通過對(duì)模型的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度分析，得出的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化后，與試驗(yàn)值接近，保證了白車身的剛度標(biāo)準(zhǔn)，從而保證了汽車的安全性能。

[1]王鷹宇.Abaqus分析用戶手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2017.34-85.

[2]朱茂桃,智淑亞，王良模，等.汽車車身現(xiàn)代設(shè)計(jì)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2014.1-61.

[3]王鈺棟，金磊，洪清泉.HyperMesh&HyperView應(yīng)用技巧與高級(jí)實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.8-210.