SUV白车身弯曲与扭转刚度分析

蔡智清 崔俊杰 张 涛 刘金宝 李旭亮

(中北大学机械与动力工程学院 山西 太原 030051)



SUV白车身弯曲与扭转刚度分析

蔡智清 崔俊杰 张 涛 刘金宝 李旭亮

(中北大学机械与动力工程学院 山西 太原 030051)

白车身在研究过程中，刚度不足，会影响汽车寿命，最终影响汽车安全性能。通过采用有限元分析，用Hypermesh画出SUV白车身模型,之后用Nastran对白车身进行弯曲扭转刚度分析，得出研究结果，最后通过试验数据验证仿真结果的准确性并进行优化，从而为研究分析提供充实依据。

白车身；弯曲扭转；刚度；有限元分析

引言

白车身刚度与强度[1]不足会影响汽车寿命易发生结构共振和声响。因此从弯曲与扭转两方面进行研究析，保证汽车安全性能。此文中以SUV车型对白车身[2]进行弯扭刚度分析。

一、白车身有限元建模[3]

(一)网格划分

进行几何清理，用基准为10mm生成网格并调节网格质量。

(二)模型描述

模型钣金件采用shell单元，粘胶采用solid单元，缝焊采用rbe2连接。

(三)约束条件

弯曲刚度:在Nastran软件下[4]约束车身4个DAMPER BASE点6自由度，对车门槛的轴距中心点，左右侧各加载负Z向250kgf(2450N)的载荷，距离前DAMPER BASE点X向993.5mm为加载点的位置。

扭转刚度：约束车身前左和后端两个DAMPER BASE点6自由度，在右前DAMPER BASE面中心加载法向(60kgf)588N的载荷。

二、分析结果

点的坐标由厂家给出：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轴坐标以XY坐标为基准投影到车身。

根据分析得到的各点位移量找出最大变形。

弯曲刚度：

K弯曲=F/s=1.5103E6(N.m2)(F为力，s为最大位移量)

扭转刚度：

K扭转=F*s/θ=1.658E6(N.m2/rad)(F为力，s为最大位移量，θ为扭转角度)

三、试验结果

(一)弯曲试验结果。测出的Z向位移量：序号1-10的点分别为-0.205，-0.252，-0.326，-0.378，-0.785，-0.785，-0.262，-0.423，-0.075，-0.285；序号11-20的点分别为-0.245，-0.329，-0.402，-0.490，-0.909，-0.976，-0.221，-0.371，-0.024，-0.297.

(二)扭转试验结果。测出的Z向位移量：序号1-10的点分别为-0.443，-0.219，-0.274，0.090，0.156,0.156，0.130,0.022,0.052,0.324；序号11-20的点分别为-1.826,-1.611,-1.475,-1.693,-1.163,-0.991,-0.238,-0.375,0.002,0.050.

同理按照上述计算得出弯曲刚性试验结果1.3607E+6(N.m2)，扭转刚性试验结果7.632E+5(N.m2/rad)。

四、分析值与结果值对比优化

进过对比，两者值存在差异，保证不影响结构以及轻量化方面[5]通过以下方式优化:

弯曲

改变约束点设置：左前DAMPER BASE点的rbe2主从点约束2,3；右前DAMPER BASE点的rbe2主从点约束3；左后DAMPER BASE点的rbe2主从点约束1,2,3；右后DAMPER BASE点的rbe2主从点约束1,3。

扭转

改变约束点设置：左前DAMPER BASE点的rbe2主从点约束3； 右前DAMPER BASE点的rbe2主从点约束1～6；左后和右后约束方式与弯曲一样。

按照上述相同的计算方式，得到结果如下：

K弯曲=1.2601E6(N.m2)，实验值为1.3607E6(N.m2)，百分比为92.2%。

K扭转=7.376E+5(N.m2/rad)，实验值为7.632E+5(N.m2/rad)，百分比为96.6%。

五、结论

通过对模型的弯曲与扭转刚度分析，得出的结果进行优化后，与试验值接近，保证了白车身的刚度标准，从而保证了汽车的安全性能。

[1]王鹰宇.Abaqus分析用户手册[M].北京:机械工业出版社，2017.34-85.

[2]朱茂桃,智淑亚，王良模，等.汽车车身现代设计[M].北京：国防工业出版社，2014.1-61.

[3]王钰栋，金磊，洪清泉.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[M].北京:机械工业出版社,2016.8-210.