某微客白車身強(qiáng)度薄弱區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

陳璇

摘 要：本文以某微客白車身為研究對(duì)象，利用CAE建立有限元模型，模擬路試中的極限工況，對(duì)強(qiáng)度薄弱區(qū)域的優(yōu)化整改方案進(jìn)行驗(yàn)證。從而保證了白車身的強(qiáng)度，避免車身在實(shí)際使用中出現(xiàn)開裂問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：白車身 強(qiáng)度 CAE

1 引言

當(dāng)一個(gè)汽車企業(yè)發(fā)展到一定階段，產(chǎn)品會(huì)逐漸系列化，后期的產(chǎn)品相對(duì)于前期的產(chǎn)品有一定的繼承性[1]。在某些成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，開發(fā)新的產(chǎn)品，而利用在概念階段的 CAE 分析可以很快速的分析出新產(chǎn)品的各種特性。這樣，不僅大大提高了工作效率，縮短了開發(fā)周期，而且提高了產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本[2]。

本論文通過(guò)采用Hypermesh劃分網(wǎng)格并建立有限元模型，利用 MSC Nastran的慣性釋放方法計(jì)算出車身在這九個(gè)工況下的靜強(qiáng)度。通過(guò)總結(jié)分析結(jié)果對(duì)強(qiáng)度薄弱區(qū)域D的整改優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證，為改善汽車結(jié)構(gòu)提供關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)參考價(jià)值。

2 有限元模型的建立

根據(jù)車身中心提供的微客白車身數(shù)模進(jìn)行有限元離散，采用Hypermesh劃分網(wǎng)格。白車身所有零件均采用板殼單元進(jìn)行離散，以四邊形板殼單元模擬為主，少量三角形單元以滿足高質(zhì)量網(wǎng)格過(guò)渡要求。焊點(diǎn)采用ACM格式，焊縫為RBE2剛性連接，螺栓采用BAR單元。各部件之間的連接不考慮鉚釘、焊接及其周圍區(qū)域的損害，且未考慮螺栓預(yù)緊力。模型圖如圖1所示。

本次靜強(qiáng)度計(jì)算涉及六個(gè)極限工況：沖擊工況、極限左轉(zhuǎn)、極限右轉(zhuǎn)、極限加速、復(fù)合極限加速加沖擊、極限制動(dòng)。

3 白車身強(qiáng)度薄弱區(qū)域優(yōu)化方案分析

分析結(jié)果表明，白車身的強(qiáng)度薄弱區(qū)域?yàn)椋呵暗匕搴秃蟮匕搴附訁^(qū)域、前緩沖塊附近的前圍板和鼓風(fēng)機(jī)安裝支架焊接區(qū)域、后地板的座椅安裝區(qū)域。其他縱梁、橫梁、前后懸架與車架的連接件、承重支架、側(cè)圍頂蓋等均滿足強(qiáng)度要求。以下針對(duì)強(qiáng)度薄弱區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化方案的分析。

3.1 前地板和后地板的焊接區(qū)域

前地板和后地板的焊接區(qū)域原結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

優(yōu)化方案驗(yàn)證結(jié)果如下（表1）（圖3）：

由分析結(jié)果可知，通過(guò)延長(zhǎng)連接處搭接板，擴(kuò)大焊接區(qū)域面積并增加焊點(diǎn)，提升了前地板和后地板的焊接處局部強(qiáng)度。優(yōu)化方案二可滿足靜強(qiáng)度要求。

3.2 前圍板與鼓風(fēng)機(jī)安裝支架焊接區(qū)域

前圍板與鼓風(fēng)機(jī)安裝支架焊接區(qū)域原結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示：

優(yōu)化方案驗(yàn)證結(jié)果如下（表2）（圖5）：

由分析結(jié)果可知，通過(guò)改變前圍板局部起筋結(jié)構(gòu)，提升了其與鼓風(fēng)機(jī)安裝支架焊接局部強(qiáng)度。優(yōu)化方案可滿足靜強(qiáng)度要求。

3.3 后地板中排座椅前安裝區(qū)域

后地板中排座椅前安裝區(qū)域原結(jié)構(gòu)和優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示：

優(yōu)化方案驗(yàn)證結(jié)果如（表3）（圖7）：

由分析結(jié)果可知，通過(guò)優(yōu)化支架的結(jié)構(gòu)，提升了中排座椅前安裝區(qū)域的局部強(qiáng)度。優(yōu)化方案可滿足靜強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

本論文以某微客白車身為研究對(duì)象，利用Hypermesh建立有限元模型，采用 MSC Adams 求解出的車輛在六個(gè)極限工況下的力和力矩，然后利用 MSC Nastran的慣性釋放方法計(jì)算出車身在這九個(gè)工況下的靜強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的總結(jié)分析，篩選出車身有強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵部位，并提出多項(xiàng)優(yōu)化建議，同時(shí)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)算，優(yōu)選出可滿足靜強(qiáng)度要求的最佳方案。綜上所述，CAE分析手段可提高工作效率，為設(shè)計(jì)部門提供最佳的優(yōu)化方案和建議，在現(xiàn)代產(chǎn)品的研發(fā)工作中已經(jīng)扮演著越來(lái)越重要的角色。

參考文獻(xiàn)：

[1]王園，王卓，周定陸. Morph 在汽車設(shè)計(jì)概念階段的應(yīng)用[J]. Altair 2009 HyperWorks 技術(shù)大會(huì)，2009.

[2]陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M]，2004.