轎車白車身結(jié)構(gòu)建模研究及力學(xué)性能分析

1、分類號女§學(xué)校代碼學(xué)！§§！密級號西北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）題目：塹至自奎皇結(jié)構(gòu)建槿研究及力堂選篚僉盤作者盍左指導(dǎo)教師睦國筮專業(yè)技術(shù)職務(wù)塾撞學(xué)科（專業(yè)）墊遺遮鹽盈墨途答辯日期墮學(xué)位授予日期摘要以有限元法為基礎(chǔ)的車身結(jié)構(gòu)分析已成為一種面向車身結(jié)構(gòu)設(shè)計全過程的分析方法，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程也隨之成為一種設(shè)計與分析并行的過程。現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)分析不僅賦予了車身結(jié)構(gòu)設(shè)計新的特點，促進了現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計新趨勢的形成，而且已成為車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中最有意義的內(nèi)容。白車身設(shè)計的初期階段是白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中保證性能的重要階段，這個階段留下的設(shè)計缺陷很難在后續(xù)的設(shè)計中彌補，因而應(yīng)在白

2、車身設(shè)計過程中依托計算機輔助工程分析技術(shù)對車身特性進行實時地分析與評價，從而使得車身設(shè)計進一步高效化、系統(tǒng)化和規(guī)范化。本文首先在分析車身外型曲面模型的基礎(chǔ)上詳細闡述了轎車白車身結(jié)構(gòu)模型的建立過程及各種商業(yè)軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎(chǔ)上形成了白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型；隨后對車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和固有模態(tài)等基本力學(xué)性能指標進行了詳細分析，在此分析的基礎(chǔ)上，進行了車身結(jié)構(gòu)的靈敏度分析羽優(yōu)化設(shè)計：最后考慮到車身設(shè)計的特點，構(gòu)建了基于有限元分析軟件的車身丌發(fā)平臺。本文的研究重點之一是基于車身外型曲面模型的白車身車體結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過解決銜接車身造型設(shè)計過程和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的關(guān)鍵技術(shù)，建立了轎車車身外型曲

3、面模型到轎車自車身結(jié)構(gòu)分析模型的轉(zhuǎn)換技術(shù)。本文的另一個研究重點是適用于白車身等大型復(fù)雜系統(tǒng)研究的廣義的靈敏度分析方法，即在綜合考慮白車身各項總體性能指標的條件下，計算了白車身各部位結(jié)構(gòu)件厚度對車身性能參數(shù)的靈敏度，并通過分析比較得到了對白車身不同性能指標的敏感構(gòu)件，掌握了不同結(jié)構(gòu)件對整車性能指標的貢獻度，為選擇優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量提供了依據(jù)。本文的研究表明，通過這種方法確定的優(yōu)化變量可以提高優(yōu)化結(jié)果的準確性與高效性，并且取得了良好的優(yōu)化效果，從而使車身輕量化設(shè)計更加高效實用。關(guān)鍵詞：白車身，剛度，模念，靈敏度優(yōu)化，有限元丌發(fā)平臺，（），：，阿北業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第一章緒論第一章緒論轎車車身設(shè)計的

4、意義和技術(shù)特點轎車車身設(shè)計在整車設(shè)計中的重要性轎車車身是轎車的重要總成之一，就轎車車身的設(shè)計成本而言，約占整車總成本的一半。在激烈的市場競爭中，汽車企業(yè)一直在不斷更新車型（包括新的車身造型），丌發(fā)適應(yīng)市場需求的新品種，這已成為汽車制造企業(yè)的共。車身設(shè)計與開發(fā)工作是新產(chǎn)品開發(fā)的主要內(nèi)容，由于車身更新頻率高，技術(shù)進步快，丌發(fā)設(shè)計手段先進，因此將擁有車身設(shè)計丌發(fā)能力作為形成汽車自主丌發(fā)能力的前提條件，具有非常重要的意義【。轎車車身對整車產(chǎn)品的設(shè)計在以下幾個方面有重要的影：（）藝術(shù)美學(xué)山造型設(shè)計師和車身結(jié)構(gòu)工程師協(xié)作完成的成功的車身產(chǎn)品通過其優(yōu)美的造型及協(xié)調(diào)搭配的車身色彩向世人特別是消費者展現(xiàn)整車產(chǎn)品

5、的魅力，給人以美感，而這種莢感將是刺激消費者購車欲望的直接因素。（）人機工程學(xué)成功的車身及內(nèi)飾設(shè)計能方便駕駛員的駕駛和操縱，增進人和機器洲的和諧，提高駕駛員和乘客的乘坐舒適性，進而增添駕乘的享受與樂趣。相反，蹩腳的車身內(nèi)外飾設(shè)計則會增加駕乘時的疲勞，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。（）燃油經(jīng)濟性隨著道路設(shè)施同臻完善，汽車動力同漸強勁，汽車速度越來越高，所以在高速行駛時，空氣阻力便成為汽車行駛的主要阻力，而車身造型則是決定空氣阻力大小的主要因素。此外，汽車行駛所要克服的輪胎滾動阻力柬自汽車的自重，車身重量又是汽車自重的重要組成部分，因此，車身總成對整車的燃油經(jīng)濟性有較大的影響。（）行駛安全性良好的車身結(jié)構(gòu)設(shè)

6、計給駕駛員和乘客提供了安全的駕乘空間。在發(fā)生事故時，特別是發(fā)生車輛碰撞或側(cè)翻時，車身相關(guān)部分能充分吸收撞擊的能量，減低乘員所受到的沖擊，良好的車身結(jié)構(gòu)在此時也能為乘員提供足夠的生存空間。由此可見，成功的車身設(shè)計將是功能與形式的完美統(tǒng)一。兩北業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論隨著經(jīng)濟全球化進程的加快，汽車工業(yè)的競爭同益加劇，汽車企業(yè)都在加緊新車型的設(shè)計丌發(fā)。由于發(fā)動機、底盤設(shè)計制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車身造型的更新上。目前，在中新車型的開發(fā)項目中，的設(shè)計師和工程師是在從事與車身相關(guān)的丌發(fā)工作。車身開發(fā)與汽車電子一起己經(jīng)成為目前汽車整車產(chǎn)品中最活躍的因素【。我國的轎車工業(yè)同發(fā)達國家

7、相比總體上仍然比較落后，其中車身技術(shù)的相對落后也是一個重要方面，因此，大力發(fā)展車身技術(shù)的研究工作對我國轎車工業(yè)技術(shù)水平的提高具有重要意義?，F(xiàn)代轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的特點上世紀八十年代中期以來，隨著并行工程、計算技術(shù)等現(xiàn)代工程技術(shù)的大力發(fā)展和在車身設(shè)計分析中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點，。叭：（）輕量化已成為車身結(jié)構(gòu)設(shè)計普遍追求的目標。車身輕量化的研究最早是從沃爾沃汽車公司開始的。雖然它的提出的起因是上世紀七十年代的兩次石油危機，但美國鋼鐵研究所推出的吼（）和奧迪汽車公司推出的鋁制車身卻表明，在激烈的市場競爭中，設(shè)計出質(zhì)量更輕、成本更低的車身已成為一種有力的競爭手段，

8、其意義也不僅僅在于單純地節(jié)約能源；（）車身結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析并行。車身結(jié)構(gòu)分析已貫穿到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的全過程，在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計初期的概念設(shè)計階段就被用于指導(dǎo)設(shè)計，不再僅僅是后期校驗的工具，從而大大縮短了車身的研制周期：（）優(yōu)化思想在設(shè)計的各個階段被引入。輕量化的要求和對舒適性及安全性要求的不斷提高，使車身設(shè)計的難度越來越大，為了達到這些要求，必須將優(yōu)化設(shè)計思想和技術(shù)應(yīng)用貫穿于整個車身設(shè)計的全過程；（）虛擬仿真實驗技術(shù)得以采用并部分用于代替物理實物實驗。虛擬仿真不僅可以在沒有實物的條件下進行，而且實施迅速、信息量大，它在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中正發(fā)揮著越來越大的作用。利用虛擬仿真一方面減少了設(shè)計的盲目性，有利

9、于設(shè)計出高性能的車身；另一方面可代替物理實驗以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，減少設(shè)計成本，縮短開發(fā)周期；（）車身概念設(shè)計已成為車身設(shè)計的重要階段。概念設(shè)計階段是車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中保證性能的重要階段，這個階段留下的缺陷往往很難在后續(xù)的設(shè)計中彌補，因而在車身開發(fā)中受到廣泛重視：（）有限元法已廣泛應(yīng)用于車身分析的各個階段。在新車型的丌發(fā)設(shè)計過程兩北：業(yè)人學(xué)碩學(xué)位論文第一章緒論中，如何判斷車身結(jié)構(gòu)的合理性及車身結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)性能的優(yōu)劣，并對車身結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，是一項十分重要的工作。由于車身的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，用經(jīng)典力學(xué)方法很難得到精確的解析解，因而采用近似的數(shù)值解己成為現(xiàn)實又非常有效的選擇。實際的設(shè)計工作表明，有限單元法

10、是運用較為普遍和有效的數(shù)值計算方法。因此，只有在車身的概念設(shè)計階段，結(jié)合車身結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析技術(shù)的特點，依托計算機輔助工程分析技術(shù)對車身結(jié)構(gòu)的性能進行并行分析，爿能消除設(shè)計階段留下的隱患，彌補設(shè)計階段的缺陷，使得車身設(shè)計進一步系統(tǒng)化、規(guī)范化和高效化。相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀有限元法在轎車車身設(shè)計與分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀（）有限元法對汽車設(shè)訓(xùn)過程的影響有限元法在汽車設(shè)計過程中的廣泛應(yīng)用不但降低了設(shè)計成本和設(shè)計周期，提高了設(shè)計的可靠性和可預(yù)見性，而且也改變著車身設(shè)計的方法，車身設(shè)計開發(fā)模式已經(jīng)從早期的串行設(shè)計過渡到現(xiàn)代的并行設(shè)計。傳統(tǒng)的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計分析都是采用實物實驗的方法，設(shè)計過程和實物實驗是串行組織的，設(shè)計

11、流程如圖所示。車身在定型前往往要經(jīng)過多輪結(jié)構(gòu)設(shè)計、樣車制造、試驗、結(jié)構(gòu)修改、再制作樣車的反復(fù)。由于樣車的制作和修改需要相當長的時問和多次反復(fù)，從而使得車身結(jié)構(gòu)設(shè)計定型的周期拖的很長，消耗大量的人力物力。在串行設(shè)計中，結(jié)構(gòu)分析一般是作為進圖傳統(tǒng)串：車身設(shè)討流程行車身結(jié)構(gòu)失效分析、查找事故原因的一種手段，而不是指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，因而不能起到指導(dǎo)設(shè)計的作用心。伴隨著計算機軟硬件的迅速發(fā)展，車身結(jié)構(gòu)分析已不再僅僅用于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的后期校驗，以仿真計算為主體的車身結(jié)構(gòu)分析已成為面向車身結(jié)構(gòu)沒計全過程的校驗手段，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程也隨之成為設(shè)計與分析并行的全新過程”，其并行設(shè)計流程如圖所示。同時，隨著結(jié)

12、構(gòu)分析師在分析經(jīng)驗和分析數(shù)據(jù)方面州北：業(yè)人學(xué)碩十。學(xué)伉論文第一章緒論的積累，很多公司都有了自己的結(jié)構(gòu)分析儲備數(shù)據(jù)庫，如對不同的車身結(jié)構(gòu)性能的靈敏度和貢獻大小都有詳細的數(shù)值表達，這使得設(shè)計人員設(shè)計時可以在協(xié)調(diào)車身制造和工藝要求的情況下較輕松地對車體結(jié)構(gòu)做相應(yīng)修改和調(diào)整，也能容易地對車身的設(shè)計進行評估，從而使他們在整個設(shè)計過程中都能把握車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。上世紀八十年代術(shù)，同本本日汽車公司采用這種方法后，新車型的丌發(fā)時間從個月減少為個月。美國福特汽車公司新車型的丌發(fā)周期從年的個月縮短到個月。甚至個月，引。（）有限元法在車身設(shè)計分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀汽車設(shè)計中的許多新技術(shù)、新概念的應(yīng)用和普及與近二十多年來

13、計算機技術(shù)和有限元法的快速發(fā)展是密不可分的。有限元法的應(yīng)用，使早期的車身設(shè)計可以在不依賴實物樣車的情況下評價車身的相關(guān)性能，這圖并行的車身設(shè)計流程使得諸如并行工程的理念得以充分體現(xiàn)，同時也推動著有限元理論自身的深入發(fā)展。白車身結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)是以線彈性有限元法為基礎(chǔ)的，它是目前車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真技術(shù)中較簡單的一種，同時也是較早得到應(yīng)用和最成熟的仿真技術(shù)，在國外汽車制造公司中己得到普遍應(yīng)用。線彈性有限元法在車身分析中呈現(xiàn)如下特點【：）應(yīng)用的范圍廣線彈性有限元法已經(jīng)成功應(yīng)用于車身基本力學(xué)性能如剛度、強度、模念分析、疲勞分析、喇久性分析等的分析中，并在車輛碰撞模擬分析、余屬鈑會件沖壓成型過程模擬分析、

14、車身空氣動力學(xué)分析和最優(yōu)化分析等方面得到廣泛應(yīng)用；）研究程度高國內(nèi)外各大汽車公司充分利用現(xiàn)有的通用有限元軟件，并結(jié)合自身的特點進西北業(yè)火學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論行了相關(guān)的二次丌發(fā)和完善，達到了高度自動化并使得分析的過程大人簡化。）已貫穿于汽車設(shè)計的全過程有限元分析方法不再僅僅是后期檢驗的工具，而且在設(shè)計初期就被用于指導(dǎo)設(shè)計。采用基于有限元法的仿真技術(shù)進行白車身結(jié)構(gòu)仿真分析和性能優(yōu)化的流程主要包括圖所示的幾個主要部分。因此，國內(nèi)外的文獻資料大部將解決與此流程有關(guān)的以下問題作為現(xiàn)階段車身領(lǐng)域的研究課題：圖有限元仿真流程圖）車身結(jié)構(gòu)是由許多自由曲面構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，有些幾何形狀會影響有限元計算的順利進

15、行，因此應(yīng)在不影響車身實際結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的前提下對這些幾何形狀進行簡化處理以便于進行數(shù)值分析但目前尚未對車身結(jié)構(gòu)模型簡化原則形成一個統(tǒng)一的標準；）仿真的邊界條件是模擬結(jié)構(gòu)在實際工況條件下的載荷和約束，而車輛在行駛過程中，白車身結(jié)構(gòu)承載情況往往很難準確地模擬。為此，需要獲取比較精確地模擬實際工況條件下的載荷和約束的邊界條件：）仿真只能得到自車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的近似值，仿真結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際性能相比存在誤差。在以試驗結(jié)果為依據(jù)，評價分析所設(shè)計的白車身結(jié)構(gòu)是否滿足基本力學(xué)性能要求時，需要找到正確的評價方法。目在自車身結(jié)構(gòu)仿真研究領(lǐng)域，為了解決上述問題，方面是研究更完善的仿真模型建模方法和邊界條件設(shè)置方法，

16、以建立更準確的仿真模型和邊界條件，減少仿真誤差：另一方面研究以仿真結(jié)果為依據(jù)對所分析的自車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進行評價的方法。國外汽車制造企業(yè)解決這個問題所采用的方法是：）將研究所得的些完善的建模方法、邊界條件設(shè)置方法和解算方法制定成建模規(guī)范（包括凡何形狀的簡化處理規(guī)范、單元類型和單元尺寸的選擇規(guī)范）、邊界條件的設(shè)胃規(guī)范、解算方法的選擇規(guī)范。以轎車為例，其基本思想是所有采用承州北：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第一章緒論載式車身結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真都采用同一種規(guī)范。這樣采用同一個仿真規(guī)范仿真所得的不同產(chǎn)品的性能參數(shù)與試驗結(jié)果相比，其誤差程度基本上被控制在同一個誤差范圍之內(nèi)：）找到采用上述規(guī)范所得的

17、仿真結(jié)果與試驗結(jié)果之間的誤差，然后在結(jié)構(gòu)應(yīng)達到的實際性能要求基礎(chǔ)上，建立一種考慮了這些誤差的仿真分析評價標準。由于建立了上述仿真規(guī)范和評價標準，在進行同類型的不同汽車產(chǎn)品白車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析中，采用了同一套仿真規(guī)范，對于不同汽車產(chǎn)品車身結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果之間的誤差便相差不多，這樣就具有很強的可比性，可以在很大程度上減少因仿真結(jié)果誤差而造成的分析偏差和以此為依據(jù)而造成的結(jié)構(gòu)設(shè)計偏差。上述仿真模型和邊界條件的建立方法、規(guī)范以及評價標準都必須根據(jù)車身結(jié)構(gòu)不同部位對白車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能不同的影響方式和程度，以及不同的結(jié)構(gòu)特征和工況條件去建立。所以，這些方法、規(guī)范和評價標準只能建立在對汽車白車身結(jié)

18、構(gòu)力學(xué)特征深入研究的基礎(chǔ)上。由此可知，僅蘊含有限元法原理的商品化仿真軟件只能為仿真提供計算條件，而白車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能仿真技術(shù)的核心是這些仿真模型和邊界條件的建立方法、規(guī)范和評價標準】。這些方法、規(guī)范和標準是目前任何一種商品化的仿真軟件都無法提供的，這些方法、規(guī)范和評價標準的開發(fā)比仿真軟件的丌發(fā)難度更大，投入更大，周期更長已成為各個汽車制造企業(yè)汽車產(chǎn)品丌發(fā)的核一技術(shù)，同時也是丌發(fā)難度最大的技術(shù)和企業(yè)最機密的技術(shù)。白車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能分析的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)代轎車絕大多數(shù)部采用承載式車身結(jié)構(gòu)，車身的結(jié)構(gòu)真接影響轎車的力學(xué)特性，因此，轎車車身的結(jié)構(gòu)分析就顯得尤為重要】。轎車車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛

19、度和模態(tài)頻率是車身最基本的力學(xué)性能指標，對轎車車身性能的諸多方面都有很大的影響【。應(yīng)用有限元法對轎車車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能進行分析能有效地解決轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中的缺陷。現(xiàn)代轎車車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能分析貫穿于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程，其重要性不占而喻。國內(nèi)對轎車車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能仿真的研究目前還處于開始階段，車身結(jié)構(gòu)分析工作尚局限在產(chǎn)品完成后進行，對產(chǎn)品的發(fā)展與改進意義不大，并且難以對車身設(shè)計過程中的參數(shù)進行設(shè)置與優(yōu)化，難以對結(jié)構(gòu)設(shè)計的準則進行歸納，特別是還沒有深入研究車身結(jié)構(gòu)不同部位對車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能的影響程度和方式【。另外，作為仿真技術(shù)核心的仿真模型建模方法也沒有得到規(guī)范和曲北：業(yè)人學(xué)碩十

20、學(xué)位論文第一章緒論標準化。因此在國內(nèi)，仿真技術(shù)在車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能分析中尚未得到廣泛應(yīng)用，樣車試驗方法仍然是車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能分析的主要方法】。目前，國外對轎車車身的剛度和模態(tài)分析主要采用有限元技術(shù)進行，國內(nèi)由于車身開發(fā)工作起步較晚技術(shù)相對落后，直到上世紀八十年代中期有人就大客車車身結(jié)構(gòu)計算機輔助分析做了研究。近年末也有人開始對轎車的車身結(jié)構(gòu)進行類似的分析。然而，從已發(fā)表的文章和對行業(yè)內(nèi)部情況的了解發(fā)現(xiàn)，與國外的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中技術(shù)的應(yīng)用狀況相比，固內(nèi)的車身結(jié)構(gòu)分析技術(shù)仍存在如下不足：（）計算機輔助分析仍主要面向試件或成品，而面向沒計過程，特別是面向早期設(shè)計的研究較少，因而不能發(fā)揮技術(shù)在縮短

21、產(chǎn)品丌發(fā)周期方面的巨大潛力：（）從分析的內(nèi)容來看，往往只分析某一項指標，并據(jù)此進行修改，而不考慮或未能全面綜合考慮對其它指標的影響：（）從分析結(jié)果的處理來看，對車身結(jié)構(gòu)或部件的各項性能指標進行系統(tǒng)分析優(yōu)化的成功實例還未見到；（）從分析類型上看，仍以車身結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析為主，整車動態(tài)分析（疲勞、碰撞等）還有很多的工作要做。車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀優(yōu)化設(shè)計，概括地說，就是根據(jù)給定的沒計要求和在現(xiàn)有的工程技術(shù)條件下，應(yīng)用專業(yè)理論和優(yōu)化方法，從滿足給定的設(shè)計要求的許多可行方案中，按照規(guī)定的指標選出最優(yōu)的設(shè)計方案【。隨著人們對工程技術(shù)的要求益提高，要考慮的因素也同益復(fù)雜，因此，人們迫切需要研究優(yōu)化設(shè)

22、計的理論和方法，計算機技術(shù)的發(fā)展為此提供了條件。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法是設(shè)計人員根據(jù)經(jīng)驗判斷提出設(shè)計方案，隨后用力學(xué)理論對給定的方案進行分析、校核，若方案不滿足約束限制，則人工調(diào)整設(shè)計變量，重新進行分析、校核，直到找到一個可行方案，即滿足各種條件限制的方案。這個設(shè)計過程周期長、費用高、效率低，并且得到的結(jié)果僅是可行方案，多數(shù)不是最優(yōu)設(shè)計方案。隨著工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，以及設(shè)計要求的提高，傳統(tǒng)的沒計方法已不能滿足設(shè)計的需要，人們希望找到一個準確性好又有良好的設(shè)計效率的新方法。計算機的出現(xiàn)，以及各種工程結(jié)構(gòu)分析能力和手段的不斷發(fā)展完善，數(shù)學(xué)尋優(yōu)技術(shù)的提高，使得結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為計算力學(xué)中最活躍的分支之

23、一。結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的范兩北：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第一章緒論圍不斷擴大，從研究層次上看，已經(jīng)從尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化向材料選擇、拓撲優(yōu)化方向發(fā)展；從問題的復(fù)雜程度看，已經(jīng)從簡單的桁架設(shè)計發(fā)展到解決梁、扳、殼等多種復(fù)雜元素的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題：目標函數(shù)也從單目標向多目標發(fā)展【。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計從馬克斯威爾理論和米歇爾桁架出現(xiàn)起已有百年，從史密特用數(shù)學(xué)規(guī)劃來解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計算起，亦有年歷史，特別是過去年早，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在理論、算法和應(yīng)用方面都取得了長足的發(fā)展。汽車工程領(lǐng)域中的考慮各種因素的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題已經(jīng)得到廣泛的重視，從目前的發(fā)展狀況來看，車身結(jié)構(gòu)的動力優(yōu)化設(shè)計即屬于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中難度大且內(nèi)容新穎的前沿性課題之

24、一。近年來，在國內(nèi)外學(xué)者的共同努力下，這一領(lǐng)域雖然己取得了令人矚目的研究成果，但還不很完善，仍存在許多有待解決的問題：（）目前有關(guān)車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計大多集中在整體結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化上，通過調(diào)整尺寸大小達到優(yōu)化的目的。對某些設(shè)計難度較大的局部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化設(shè)計研究，確定其最佳的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，然后在此基礎(chǔ)上對此構(gòu)型進行進一步的尺寸優(yōu)化，這種將高層次的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)與尺寸優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來進行車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的工作尚不多見；（）目前的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化一般局限于單目標優(yōu)化設(shè)計模式，事實上采用這種模式常常會對多個重要的總體性能指標難以耿舍和兼顧，建立整車結(jié)構(gòu)合理的多目標多工況優(yōu)化模型也是今后的研究方向。由于

25、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計給工程界帶來了經(jīng)濟效益及近年來有限元技術(shù)的相對成熟和計算機條件的進一步改善和普及，人們對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究和應(yīng)用的呼聲更高。無論國內(nèi)還是國外，對這一現(xiàn)代技術(shù)的需求都有增長的趨勢。隨著設(shè)計技術(shù)的更新和產(chǎn)品競爭的加劇，車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。本文的主要研究內(nèi)容本文在研究國內(nèi)外車身開發(fā)流程的基礎(chǔ)上，從我校工業(yè)設(shè)計系為某汽車廠提供的車身外型曲面模型出發(fā)，在大型造型軟件環(huán)境下進行了基于此車身外型曲面模型的白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了銜接車身造型設(shè)計過程和白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了轎車車身外型曲面模型到轎車白車身結(jié)構(gòu)分析模型的轉(zhuǎn)換。另外本文還通過軟件與有限元軟件之白的接口，

26、以圖形轉(zhuǎn)換標準格式將轎車白車身結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入有限元軟件中，經(jīng)過一系列技術(shù)處理后生成白車身結(jié)構(gòu)有限元模型；基于生成的有限元模型，結(jié)合以往車身設(shè)計和分析的經(jīng)驗和成功案例，對白車身結(jié)構(gòu)的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)等車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能指標進行了詳細分析，并在此基礎(chǔ)上，進行了車身結(jié)構(gòu)的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計，州北業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第一章緒論獲取了列車身結(jié)構(gòu)動念性能影響最靈敏的部位得到了優(yōu)化后的車身模型?？紤]到車身早期設(shè)計階段的特點和工程設(shè)計的實際需要，利用作為丌發(fā)工具，將車身外型曲面模型一白車身結(jié)構(gòu)分析模型一車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能有限元分析一車身結(jié)構(gòu)靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計這一過程封裝集成為車身設(shè)計分析軟件系統(tǒng)，

27、實現(xiàn)了從曲面造型到性能分析和優(yōu)化設(shè)計這個設(shè)計分析過程的無縫連接。通過本文提供的軟件系統(tǒng)平臺界面，設(shè)計人員輸入相應(yīng)參數(shù)后就能在這一平臺上執(zhí)行車身結(jié)構(gòu)模型的轉(zhuǎn)換，方便地設(shè)置和啟用各種分析功能，并能方便地察看分析和優(yōu)化結(jié)果。本文的工作為設(shè)計人員提供了一個快速柔性的系統(tǒng)丌發(fā)工具和相應(yīng)的支撐技術(shù)及知識，方便了早期白車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計和分析，可以加快早期車身丌發(fā)進程，縮短車身開發(fā)周期，具有較好的應(yīng)用前景和較大的實際意義。本文共六章：第一章概括性介紹了各個相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和本文研究的主要內(nèi)容：第二章詳細闡述了基于車身外型曲面模型的轎車自車身結(jié)構(gòu)模型的建立過程，以及相關(guān)商業(yè)造型軟件之川的數(shù)掘傳輸技術(shù)，在此基礎(chǔ)上

28、形成了白車身結(jié)構(gòu)的有限元模型；第三章在闡述了白車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能分析的目的和意義的基礎(chǔ)上，對白車身結(jié)構(gòu)的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和模態(tài)等車身結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能指標進行了計算分析和評價：第四章首先對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和靈敏度分析技術(shù)進行了概述，然后在綜合考慮白車身各項總體性能指標的條件下計算了自車身各部位結(jié)構(gòu)件厚度對車身性能參數(shù)的靈敏程度，提出了適用于白車身等大型復(fù)雜系統(tǒng)研究的廣義靈敏度分析方法，通過分析比較得到了對白車身不同性能指標的敏感構(gòu)件，掌握了不同結(jié)構(gòu)件對整車性能指標的貢獻度，在此基礎(chǔ)上對車身進行了整體性能優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的白車身結(jié)構(gòu)模型：第五章依據(jù)車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般流程和白車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法，

29、以作為丌發(fā)工具構(gòu)建了車身設(shè)計分析軟件平臺，使車身丌發(fā)的過程系統(tǒng)化、集成化，方便了車身的丌發(fā)過程；第六章總結(jié)了研究工作的成果與結(jié)論，并對以后進一步的研究工作提出了展靼。兩北、業(yè)人學(xué)碩十學(xué)侮論文第一章轎乍自卞身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模型的形成第二章轎車白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模型的形成引言轎車車身是轎車商品性的重要標志，也是轎車參與市場競爭的重要因素。轎車車身設(shè)計要求能夠適應(yīng)時代特點和人們的審美愛好，因此，在轎車車身設(shè)計中，車身外型曲面造型是十分重要的設(shè)計內(nèi)容。此外，轎車車身同樣也是承力結(jié)構(gòu)件，尤其對于承載式車身更是如此，其車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能直接決定著整車的動力學(xué)特性【。所以，融合車身造型設(shè)計和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

30、的轎車車身開發(fā)技術(shù)已成為轎車車身自主開發(fā)的關(guān)鍵因素之一。汽車行業(yè)專業(yè)化程度和行業(yè)內(nèi)部分工的不斷深入，促使車身造型沒計和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的分工不斷明確，因而也將其分割開來。因此，如何在車身造型設(shè)計的基礎(chǔ)上進行車身結(jié)構(gòu)設(shè)計，即如何在車身外型曲面模型的基礎(chǔ)上建立白車身結(jié)構(gòu)分析的有限元計算模型，便成為轎車車身設(shè)計分機工作的重要內(nèi)容，國內(nèi)有關(guān)這方面的研究目前尚較少見。本章鑒于上述情況，通過解決銜接車身造型設(shè)計過程和車身結(jié)構(gòu)沒計過程的關(guān)鍵技術(shù)，建立了轎車車身外型曲面模型到轎車白車身結(jié)構(gòu)分析模型的轉(zhuǎn)換技術(shù)。其后的基本力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計，不僅完成了白車身結(jié)構(gòu)分析工作，而且也證明了本文提出的轉(zhuǎn)換技術(shù)的有效合理性。本

31、章的工作從廣義上講，也是對實現(xiàn)產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)之間的融合連接所進行的有益探索。轎車白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性及設(shè)計要求轎車白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性轎車車身結(jié)構(gòu)的特點在于組成車身外型的各部分覆蓋件多為尺寸大且形狀復(fù)雜的空間曲面，這樣如何在工業(yè)設(shè)計人員提供的車身外型曲面模型基礎(chǔ)上建立自車身結(jié)構(gòu)模型是車身結(jié)構(gòu)設(shè)計分析的重點和基礎(chǔ)。本章重點研究這一連接和融合技術(shù)。轎車車身設(shè)計流程如圖所示，其設(shè)計過程包括車身造型設(shè)計和車身結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個主要部分，其中車身結(jié)構(gòu)設(shè)計是以車身造型設(shè)計為基礎(chǔ)進行的車身骨架功能和強度設(shè)計，以最終找到合理的車身結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計過程的統(tǒng)稱，。車身尚北：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第二章轎

32、乍白卞身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模弘的形成結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到車身內(nèi)外造型能否順利實現(xiàn)和車身各種功能的常發(fā)揮，所以說，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計是完成整個車身開發(fā)工作的關(guān)鍵壞節(jié)。優(yōu)良的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計可以充分保證車身的強度、剛度和碰撞安全性等要求，進而達到改善整車性能、降低制造成本的目的。構(gòu)造下身外型曲面模刑幣身設(shè)計方案確定轎車白車身結(jié)構(gòu)設(shè)計要求車身空氣動力學(xué)分析車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是在兼顧原車身造型設(shè)計風格的同時，充分考慮人機工程學(xué)和附件可布置性基礎(chǔ)上的強度、剛度和碰撞安全性要求。具體要求如下【，】：確定符合乍身結(jié)構(gòu)分塊要求和制造：藝的覆蓋仲邊界（）車身骨架構(gòu)件必須相互連接，分布于整個車身范圍，形成承載結(jié)構(gòu)的“網(wǎng)絡(luò)

33、”。它們之間息息相關(guān)，旦承載結(jié)構(gòu)某處受力，可通過承載結(jié)構(gòu)“網(wǎng)絡(luò)”，將力迅速傳遞至整個車身：（）由車身骨架結(jié)構(gòu)連接成的承載結(jié)構(gòu)，在受到外力作用時，產(chǎn)生的力應(yīng)僅在此結(jié)構(gòu)的桿件上進行傳遞；向下身結(jié)構(gòu)分析白乍身結(jié)構(gòu)設(shè)計圖白車身設(shè)計流程圖（）將發(fā)動機、變速箱及其他部件，盡量布置于車身承載結(jié)構(gòu)的幾何節(jié)點處：（）在保證剛度足夠的基礎(chǔ)上，取合理的構(gòu)件截面以盡量減小車身重量；（）車身結(jié)構(gòu)中，顰固可靠的駕駛室是保證乘員安全的最直接有效的方法。一般而言，駕駛室要求十分堅固，具有很高的剛度，以確保乘員的生存空間。而駕駛室以外的部分則應(yīng)是具有一定柔性的結(jié)構(gòu)，甚至人為設(shè)置較薄弱的環(huán)節(jié)，從而有效地吸收碰撞能量。這就是車身結(jié)

34、構(gòu)碰撞安全性設(shè)計的摹本思想。關(guān)于駕駛室以外部分的能量吸收特性包含兩方面的含義：一是前部結(jié)構(gòu)在受到碰撞時應(yīng)即刻產(chǎn)生壓潰變形，從而盡可能多地吸收撞擊能量，緩解作用于乘員的力和加速度；二是控制各受壓部件的變形形式，防止發(fā)動機和變速箱等剛性部件侵入駕駛室，造成人員傷害。轎車白車身車體結(jié)構(gòu)模型的形成轎車車身覆蓋件大多由鋼板沖壓成型并通過焊接和鉚接連接形成，覆蓋件板材的厚度遠小于其它兩維方向的尺寸，因而在轎車車身的實際建模過程中，多采用以曲面代替立體，在其特征屬性中定義各實體厚度參數(shù)的方法。本文討論的轎西北一：業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章轎白乍身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模刑的形成車車身為承載式車身，車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而

35、選擇曲面造型功能更為強大的造型軟件建立白車身結(jié)構(gòu)模型。白車身車體結(jié)構(gòu)模型的形成完成車身結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要明確車身整體的承載形式，并對其做出載荷分析，了解載荷傳遞方式和路徑，以便能使載荷在整個車身上合理分配。在此基礎(chǔ)上，確定車身各梁柱的結(jié)構(gòu)形式和聯(lián)接方式【。此外，承載式車身結(jié)構(gòu)的車身外型也多由尺寸大且形狀復(fù)雜的空間曲面覆蓋件所構(gòu)成，加之車身骨架截面在不同的空間位置上形狀和大小也不盡相同，所以根據(jù)結(jié)構(gòu)件的彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩等效原則，一般將車身骨架復(fù)雜的截面形狀簡化成規(guī)則的矩形截面來處理，這是因為結(jié)構(gòu)件最終的力學(xué)特性是通過其彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩表現(xiàn)的，而不是完全由截面形狀決定的忙】（比如對于閉口

36、截面，扭轉(zhuǎn)慣性矩。，式中。為；材料厚度中線所圍成的面積，可見中線周長一定，材料厚度一定，抗扭慣性矩，。與。的平方成薩比，而截面形狀沒有獨立意義）。在此簡化的基礎(chǔ)上，采用軟件的曲面放樣功能，根據(jù)結(jié)構(gòu)件骨架桿件截面的空問形狀軌跡（即白車身骨架桿件外表面中心線），將截面沿其空間運動軌跡掃掠即可得到白車身骨架的實體模型”。轎車白車身骨架是一個空間多層次的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，分為駕駛室、前部結(jié)構(gòu)和后部結(jié)構(gòu)三個部分，在具體設(shè)計時，先根據(jù)三部分的設(shè)計參數(shù)進行布局設(shè)計，般是先進行駕駛室的底架布局設(shè)計，確定各個總成的具體布置位置后，再根據(jù)駕駛室設(shè)計中的一些關(guān)鍵參數(shù)進行其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計；然后利用車身外型曲而模型和骨架布局設(shè)計

37、參數(shù)求取自車身骨架與白車身外型曲面模型的截交線即白車身骨架桿件外表面中，線，構(gòu)造出白車身三部分的線框模型。根據(jù)轎車白車身結(jié)構(gòu)需要，選取截面積大小不等的矩形截面構(gòu)成車身骨架截面，由此截面沿白車身五部分的線框模型掃掠構(gòu)造出白車身五部分骨架實體模型。最后利用的裝配模塊進行整車裝配，生成白車身模型。本文在車身外型曲面模型的基礎(chǔ)上建立車身結(jié)構(gòu)模型的具體過程如下：（）對由工業(yè)設(shè)計人員提供的車身外型曲面模型進行分析，結(jié)合現(xiàn)有的車身骨架資料和車身設(shè)計經(jīng)驗，對不同的三箱式轎車結(jié)構(gòu)進行對比和分析，抽象出三箱式轎車的共性作為建立模型的基礎(chǔ)，從而在此外型曲面模型的基礎(chǔ)上確定車身骨架的空間結(jié)構(gòu)布局形式：（）在車身外型曲

38、面模型的基礎(chǔ)上用軟件的曲面分割功能將車門、發(fā)動阿北：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第二章轎下白乍身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模刪的形成機罩、行李箱蓋、保險杠、前翼子板等實際裝配在車身焊接總成上的對車身整體抗彎及抗扭剛度貢獻不大的（不屬于白車身范疇）的部位從整個車身外型曲面模型中剝離。然后按照車身覆蓋件結(jié)構(gòu)分塊的要求和制造工藝性在車身外型造型曲面上確定車身分塊和覆蓋件邊界；（）根據(jù)車身外型曲面模型的幾何數(shù)據(jù)、車身所受載荷、載荷傳遞路線及以往車身設(shè)計經(jīng)驗等確定車身骨架結(jié)構(gòu)（車體結(jié)構(gòu)）的空間拓撲結(jié)構(gòu)和各梁柱的結(jié)構(gòu)形式和聯(lián)接方式等：（）在分離后的剩余車身覆蓋件（主要包括頂蓋、地板、輪罩、后擋板、懸掛固定座等）的基礎(chǔ)上對白車

39、身結(jié)構(gòu)的空問骨架結(jié)構(gòu)（車體結(jié)構(gòu)）分塊進行建模，主要是對空間基本完整閉合的梁類結(jié)構(gòu)件的建模，包括前后縱梁、門檻、門柱、窗杜、前后風窗上橫梁、門上橫梁、前橫梁及鎖扳等；（）完成車身各部分骨架結(jié)構(gòu)（車體結(jié)構(gòu)）和覆蓋件的聯(lián)接：（）將車身各個部分進行裝配并消除干涉，形成完整的自車身結(jié)構(gòu)模型。這樣所形成的白車身結(jié)構(gòu)最終是由空間薄壁梁（車體結(jié)構(gòu)件）和板殼（覆蓋件）連接成體的空間框架結(jié)構(gòu)。模型建立過程中的簡化處理白車身是由車身骨架、地板、頂蓋、前圍、側(cè)圍等幾百個零件焊接在一起形成的一個焊接總成。對于這樣一個復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，有限元模型的建立是困難的，所以有必要在保證原有結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能的前提下對原始結(jié)構(gòu)模型進行適

40、當?shù)暮喕幚?，以保證后面的有限元分析能夠順利進行。模型的簡化應(yīng)遵循簡化模型與原結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能上不能有較大的差異的原則，掘此本文采取的自車身模型簡化技術(shù)細節(jié)如下：（）略去車身非承載件。車身有些桿件只是為了滿足構(gòu)造或美觀要求設(shè)計的，而不是根據(jù)強度要求設(shè)計的，對結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力影響很小，所以在建模中可以略去這些桿件；（）將彎曲桿件簡化為直桿。將底架前、后部分及車門等處的彎曲桿件劃分成若干直桿處理，即以若干個直桿首尾順次連接的方式代替原來的彎曲桿件；（）對于兩個靠得很近而又不重合的交叉連接點，可考慮簡化為一個節(jié)點來處理；（）結(jié)構(gòu)上的孔、臺階、凹槽和翻邊等應(yīng)在保證截面形狀特性等效的基礎(chǔ)上盡量簡化；（）由

41、于實際車身結(jié)構(gòu)件的斷面形狀相當復(fù)雜，實際中不可能使用過多的參曲北業(yè)大學(xué)碩十學(xué)伉論文第一二章轎午向下身結(jié)構(gòu)沒計與有限元模型的形成數(shù)來表達其實際的形狀，根據(jù)結(jié)構(gòu)件彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩等效的原則將車身復(fù)雜的斷面形狀簡化成規(guī)則的矩形斷面。（）盡量將一些零鎖的小面縫合成一個大的面，取消面與面之間曲率過大的過渡圓弧面，而采用面與面之間按一定的角度縫合。轎車車身模型轉(zhuǎn)換本文涉及的車身模型轉(zhuǎn)換主要包括兩個階段的模型轉(zhuǎn)換：一是軟件中的車身外型曲面模型到軟件環(huán)境的轉(zhuǎn)換；一是在軟件中完成的白車身結(jié)構(gòu)模型到有限元軟件中的轉(zhuǎn)換。軟件中的車身外型曲面模型文件到軟件中的轉(zhuǎn)換處理圖所示的車身外型曲面模型是通過工業(yè)設(shè)計技術(shù)在

42、大型造型軟件中建立的，這樣的模型相當于“墻紙”，無內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)，因而是無法進行結(jié)構(gòu)分析的。因此，在圖所示的車身外型曲面模型的基礎(chǔ)上，結(jié)臺車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，通過軟件的建模功能，形成可以進行結(jié)構(gòu)分析的白車身結(jié)構(gòu)模型便成為車身設(shè)計過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖車身外型曲面模型采用軟件建立的車身外型曲面模型可以直接以軟件的文件格式輸出，因此，利用這一特點可以方便地將軟件建立的車身外型曲面模型轉(zhuǎn)換到軟件平臺中。文件轉(zhuǎn)換過程中有數(shù)據(jù)的損失，要進行修復(fù)，保證模型的完整，不能有幾何體素之間的交疊、錯丌和裂縫等。本文其后的工作表明通過這一關(guān)系曲北業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第二章轎午向下身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模的形成轉(zhuǎn)換的模型信息完好

43、，因而可以在軟件的支持下直接對車身外型曲面模型進行處理。進而獲得白車身結(jié)構(gòu)分析模型。軟件中的白車身結(jié)構(gòu)模型到軟件的轉(zhuǎn)換處理利用軟件的數(shù)據(jù)接口，可精確地將在系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳入軟件中，而后準確地在該模型上劃分網(wǎng)格并求解，這樣用戶能方便地分析新產(chǎn)品和部件，而不必因為在分析系統(tǒng)中重新建模而費時費力。本文將在軟件平臺下建立的白車身結(jié)構(gòu)模型以標準圖形數(shù)掘格式輸出，然后通過與有限元分析軟件接口連接轉(zhuǎn)換為有限元軟件內(nèi)部的幾何模型。在模型導(dǎo)入的過程中可能會產(chǎn)生一些錯誤信息或丟失一些模型的特征，因而要對導(dǎo)入的模型進行手工修復(fù)操作。軟件提供了三種可用的修復(fù)工具：拓撲修復(fù)工具、幾何修復(fù)工具和幾何簡化工具。使用拓

44、撲修復(fù)工具閉合模型各種圖元日的間隙這是修改模型的第一步；接著可以利用幾何修復(fù)工具創(chuàng)建丟失的線和面，重建某些不能從文件轉(zhuǎn)換進來的幾何圖元：幾何簡化工具則可以檢查并顯示短小的線或面，完成斷丌的線或而的連接工作等。通過這些處理工作，建立的軟件中的模型繼承了轉(zhuǎn)換前的白車身結(jié)構(gòu)模型的全部信息。包含有白車身模型信息的命令流的形成采用軟件進行白車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及相應(yīng)的靈敏度分析時需要對各種模型參數(shù)進行反復(fù)調(diào)用和修改，因此需要將白車身結(jié)構(gòu)的模型信息寫入軟件的文件中以形成適用于軟件的命令流文件。由于本文的白車身結(jié)構(gòu)分析模型是通過標準數(shù)據(jù)格式間接地從軟件系統(tǒng)中的白車身結(jié)構(gòu)模型獲得數(shù)據(jù)的，這樣獲得的模型信息不像直

45、接在軟件中建立的模型那樣，能夠形成包含有白車身結(jié)構(gòu)模型信息命令流文件，因此需要進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換處理，以保證其后的靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計順利進行。本文在將軟件中的白車身模型導(dǎo)入軟件后，應(yīng)用軟件的命令生成一個一的中性文件，所生成的文件只包含幾何模型信息，然后對此文件進行編輯修改即可形成包含有白車身結(jié)構(gòu)模型信息的命令流文件。如此形成的包含有白車身模型信息的命令流文件就如同直接在軟件中建模所得到的命令流文件，可以方便地進行自車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計和靈敏度分析。圖給出了最終形成的白車身結(jié)構(gòu)模型，主要參數(shù)為：輪距為；阿北：業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文第一二章轎乍向印身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模型的形成。軸距為；前懸為；后懸為圖白車

46、身模型轎車白車身結(jié)構(gòu)有限元模型的形成應(yīng)用有限元法對白車身進行分析計算，需要對整個白車身結(jié)構(gòu)進行數(shù)學(xué)離散處理，建立準確的有限元分析模型。因此，建立白車身有限元模型是進行白車身分析的基礎(chǔ)。只有建立一個合理的車身結(jié)構(gòu)有限元模型，才能通過計算反映出車身結(jié)構(gòu)的實際剛度和強度狀況，并用于指導(dǎo)車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計。建立車身有限元模型的工作一般包括有限元單元類型的選?。河邢拊Ｐ鸵?guī)模的控制；有限元模型質(zhì)量控制和白車身焊點的模擬等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。白車身有限元模型單元類型的選取在轎車車身有限元模型建立過程中，單元類型的選取十分重要選取的單元類型的優(yōu)劣以及單元劃分的質(zhì)量好壞將直接關(guān)系到計算結(jié)果的精度以及所用的計算時間【】。州北

47、：業(yè)人學(xué)碩士學(xué)位論文第二章轎乍白下身結(jié)構(gòu)毆計與有限元模型的形成承載式轎車車身一般采用的是薄板沖壓件的車身結(jié)構(gòu)，車身零部件通常既要完成一定的功能，同時又要組成承載結(jié)構(gòu)，所以形狀比較復(fù)雜，幾乎每個零件都是由曲面板材所構(gòu)成的薄板沖壓件。這些薄板沖壓件既能抵抗與其平面方向平行的拉壓力，又能抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，因而在選用單元類型時應(yīng)注意符合這兩種特性的要求。在對轎車白車身進行車身基本力學(xué)性能分析時，選取的單元應(yīng)盡可能準確模擬白車身的結(jié)構(gòu)。所以根據(jù)轎車車身板材結(jié)構(gòu)的特點，選擇空間板殼單元較為合適口?？臻g板殼單元有三個或四個節(jié)點，每個節(jié)點有六個自由度單元有厚度，有特定的材料特性，既能抵抗拉壓和彎扭變形，又能

48、對零件的形狀有很好的分割，能夠充分描述零件的各種特征，所以本文選用三維殼單元對白車身有限元模型進行離散。單元既能抗彎曲，又兼有薄膜單元的各種性能，因此既能承受平面內(nèi)的力，也能承受其它方向上的載荷。單元每個節(jié)點具有六個自由度：沿、方向的平動以及繞、軸的轉(zhuǎn)動。該單元具有硬度，可以抵抗壓力，允許進行大變形分析。單元具有物理屬性和材料屬性兩種屬性。對于材料屬性可根據(jù)實際情況賦以不同的數(shù)值，材料屬性包括彈性模量、泊松比、密度等屬性。對于物理屬性本文的計算主要關(guān)心其厚度屬性。本文分析中定義的材料密度均為，泊松比為，彈性模量。根據(jù)現(xiàn)有車身資料定義板殼單元厚度到川聊不等。白車身有限元模型單元規(guī)模的控制轎車車身

49、基本力學(xué)性能分析中的有限元模型單元數(shù)量是影響處理工作和計算時的主要因素之一。白車身有限元單元類型確定以后，接著就要確定有限元單元的大小，進行單元的劃分。劃分單元時，根據(jù)有限元法的基本原理，應(yīng)該蛻單元劃分得越細，越接近真實結(jié)果，但是由于所用軟件對節(jié)點和單元規(guī)模的要求，及實際的計算機資源的限制和計算所用時間的經(jīng)濟性，白車身有限元單元規(guī)模應(yīng)有一定的限制。根據(jù)建立模型的不同目的，對車身模型的單元規(guī)?？刂朴兴煌?。一般來說，對車身結(jié)構(gòu)的詳細建模有助于計算結(jié)構(gòu)的準確，但是考慮到工作量和計算進度的要求，可以根據(jù)參考資料適當?shù)倪M行模型規(guī)模的預(yù)先控制。模型規(guī)?？刂频脑瓌t是在可以比較準確地獲取計算結(jié)果的前提下，盡力減小模型規(guī)模。如果對轎車白車身剛度做般整體性能的分析，有限元模型的單元規(guī)?？蓞⑶回皹I(yè)火學(xué)碩士學(xué)位論文第二章轎乍向下身結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元模型的形成考已有的文獻資料，般控制在個單元左右。白車身有限元模型單元質(zhì)量的控制轎車車身有限元模型單元的質(zhì)量直接影響計算結(jié)果的準確性，單元的質(zhì)量是模型質(zhì)量的基礎(chǔ)保證。在劃分單元的過程中，對于四邊形單元，首先要注意單元的翹曲程