SUV白車身彎曲與扭轉剛度分析

蔡智清 崔俊杰 張 濤 劉金寶 李旭亮

(中北大學機械與動力工程學院 山西 太原 030051)

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SUV白車身彎曲與扭轉剛度分析

蔡智清 崔俊杰 張 濤 劉金寶 李旭亮

(中北大學機械與動力工程學院 山西 太原 030051)

白車身在研究過程中，剛度不足，會影響汽車壽命，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對白車身進行彎曲扭轉剛度分析，得出研究結果，最后通過試驗數據驗證仿真結果的準確性并進行優化，從而為研究分析提供充實依據。

白車身；彎曲扭轉；剛度；有限元分析

引言

白車身剛度與強度[1]不足會影響汽車壽命易發生結構共振和聲響。因此從彎曲與扭轉兩方面進行研究析，保證汽車安全性能。此文中以SUV車型對白車身[2]進行彎扭剛度分析。

一、白車身有限元建模[3]

(一)網格劃分

進行幾何清理，用基準為10mm生成網格并調節網格質量。

(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DAMPER BASE點6自由度，對車門檻的軸距中心點，左右側各加載負Z向250kgf(2450N)的載荷，距離前DAMPER BASE點X向993.5mm為加載點的位置。

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

二、分析結果

點的坐標由廠家給出：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軸坐標以XY坐標為基準投影到車身。

根據分析得到的各點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)

扭轉剛度：

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

三、試驗結果

(一)彎曲試驗結果。測出的Z向位移量：序號1-10的點分別為-0.205，-0.252，-0.326，-0.378，-0.785，-0.785，-0.262，-0.423，-0.075，-0.285；序號11-20的點分別為-0.245，-0.329，-0.402，-0.490，-0.909，-0.976，-0.221，-0.371，-0.024，-0.297.

(二)扭轉試驗結果。測出的Z向位移量：序號1-10的點分別為-0.443，-0.219，-0.274，0.090，0.156,0.156，0.130,0.022,0.052,0.324；序號11-20的點分別為-1.826,-1.611,-1.475,-1.693,-1.163,-0.991,-0.238,-0.375,0.002,0.050.

同理按照上述計算得出彎曲剛性試驗結果1.3607E+6(N.m2)，扭轉剛性試驗結果7.632E+5(N.m2/rad)。

四、分析值與結果值對比優化

進過對比，兩者值存在差異，保證不影響結構以及輕量化方面[5]通過以下方式優化:

彎曲

改變約束點設置：左前DAMPER BASE點的rbe2主從點約束2,3；右前DAMPER BASE點的rbe2主從點約束3；左后DAMPER BASE點的rbe2主從點約束1,2,3；右后DAMPER BASE點的rbe2主從點約束1,3。

扭轉

改變約束點設置：左前DAMPER BASE點的rbe2主從點約束3； 右前DAMPER BASE點的rbe2主從點約束1～6；左后和右后約束方式與彎曲一樣。

按照上述相同的計算方式，得到結果如下：

K彎曲=1.2601E6(N.m2)，實驗值為1.3607E6(N.m2)，百分比為92.2%。

K扭轉=7.376E+5(N.m2/rad)，實驗值為7.632E+5(N.m2/rad)，百分比為96.6%。

五、結論

通過對模型的彎曲與扭轉剛度分析，得出的結果進行優化后，與試驗值接近，保證了白車身的剛度標準，從而保證了汽車的安全性能。

[1]王鷹宇.Abaqus分析用戶手冊[M].北京:機械工業出版社，2017.34-85.

[2]朱茂桃,智淑亞，王良模，等.汽車車身現代設計[M].北京：國防工業出版社，2014.1-61.

[3]王鈺棟，金磊，洪清泉.HyperMesh&HyperView應用技巧與高級實例[M].北京:機械工業出版社,2016.8-210.