SUV白車身模態(tài)分析與優(yōu)化

蔡智清 崔俊杰 趙海龍

摘要：文章具體分析如下：先利用四邊形或三角形單元離散整個(gè)車身，采用有限元分析方法，以某汽車企業(yè)SUV的白車身為模型，在不增加白車身自重的基礎(chǔ)上，用Hypermesh畫出白車身模型，接著分析研究了白車身的模態(tài)、并與一般目標(biāo)值進(jìn)行了比較和優(yōu)化，以確保白車身的安全性和可靠性。通過對(duì)白車身結(jié)構(gòu)的基本研究，可以更好的與設(shè)計(jì)完美地結(jié)合，驗(yàn)證一定的準(zhǔn)確性。對(duì)今后的CAE分析奠定了基礎(chǔ)，為改善汽車結(jié)構(gòu)與分析提供很關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：白車身；模態(tài)；CAE；優(yōu)化；安全性

一、引言

如今世界日新月異地變化，科學(xué)技術(shù)地迅猛發(fā)展，汽車行業(yè)的需求越來越大。隨著社會(huì)的快速發(fā)展和科技不斷創(chuàng)新，白車身設(shè)計(jì)一直是新車型發(fā)展的主導(dǎo)，其內(nèi)在特征直接控制著汽車的性能。模態(tài)分析也可以獲得一些零件的基本屬性，不斷創(chuàng)新改進(jìn)為了生產(chǎn)出滿足需要的產(chǎn)品。通過 Optistruct仿真軟件和理論標(biāo)準(zhǔn)值，分別進(jìn)行了仿真模式分析和測(cè)試模式分析，得到它們兩種模式下的車身固有頻率和各種振動(dòng)狀態(tài)。將仿真模型與測(cè)試模型進(jìn)行了比較，對(duì)結(jié)果優(yōu)化達(dá)到一定合理性。

二、有限元模型建立

根據(jù)白車身幾何導(dǎo)入，清理，利用Hypermesh畫出有限元模型。如圖所示，模型鈑金件采用shell單元，粘膠采用solid單元，網(wǎng)格尺寸大小為10mm， 白車身整體有限元模型總結(jié)點(diǎn)數(shù)為367574，總單元數(shù)為351145；包括前后地板、門檻、側(cè)圍、發(fā)動(dòng)機(jī)室、頂蓋、后圍等零件。

三、模態(tài)分析

本文白車身分析的是自由模態(tài)，由于對(duì)白車身的振動(dòng)響應(yīng)影響比較大的激勵(lì)頻率多集中在低頻率，為此分析了該車的前12階典型振型，由于前6階振型為剛體模態(tài)，故從第7階模態(tài)分析開始，模態(tài)分析結(jié)果如下：

四、分析與優(yōu)化

對(duì)于白車身全局來說，合適的彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)至關(guān)重要，因此本文只對(duì)彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)進(jìn)行分析。將分析值與目標(biāo)值（一般國家標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行對(duì)比：

扭轉(zhuǎn)模態(tài)：22.45Hz<25（目標(biāo)值）

彎曲模態(tài)：47.74Hz〉45Hz（目標(biāo)值）

分析結(jié)果可得彎曲模態(tài)大于目標(biāo)值，符合標(biāo)準(zhǔn)；但扭轉(zhuǎn)模態(tài)小于目標(biāo)值，不符合標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)行優(yōu)化。

普遍優(yōu)化的方法：尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化

本模型通過改變后門鉸鏈的結(jié)構(gòu)與增大前排座椅安裝點(diǎn)附近零件面積加焊點(diǎn)的方式（如下圖），同上得到的扭轉(zhuǎn)模態(tài)為26.42>25目標(biāo)值，從而符合標(biāo)準(zhǔn)。

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（作者單位：中北大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院）