某微客白车身强度薄弱区域结构优化分析

陈璇

摘 要：本文以某微客白车身为研究对象，利用CAE建立有限元模型，模拟路试中的极限工况，对强度薄弱区域的优化整改方案进行验证。从而保证了白车身的强度，避免车身在实际使用中出现开裂问题。

关键词：白车身 强度 CAE

1 引言

当一个汽车企业发展到一定阶段，产品会逐渐系列化，后期的产品相对于前期的产品有一定的继承性[1]。在某些成熟产品的基础上，开发新的产品，而利用在概念阶段的 CAE 分析可以很快速的分析出新产品的各种特性。这样，不仅大大提高了工作效率，缩短了开发周期，而且提高了产品的精度和质量，降低了生产成本[2]。

本论文通过采用Hypermesh划分网格并建立有限元模型，利用 MSC Nastran的惯性释放方法计算出车身在这九个工况下的静强度。通过总结分析结果对强度薄弱区域D的整改优化方案进行验证，为改善汽车结构提供关键的现实参考价值。

2 有限元模型的建立

根据车身中心提供的微客白车身数模进行有限元离散，采用Hypermesh划分网格。白车身所有零件均采用板壳单元进行离散，以四边形板壳单元模拟为主，少量三角形单元以满足高质量网格过渡要求。焊点采用ACM格式，焊缝为RBE2刚性连接，螺栓采用BAR单元。各部件之间的连接不考虑铆钉、焊接及其周围区域的损害，且未考虑螺栓预紧力。模型图如图1所示。

本次静强度计算涉及六个极限工况：冲击工况、极限左转、极限右转、极限加速、复合极限加速加冲击、极限制动。

3 白车身强度薄弱区域优化方案分析

分析结果表明，白车身的强度薄弱区域为：前地板和后地板焊接区域、前缓冲块附近的前围板和鼓风机安装支架焊接区域、后地板的座椅安装区域。其他纵梁、横梁、前后悬架与车架的连接件、承重支架、侧围顶盖等均满足强度要求。以下针对强度薄弱区域进行优化方案的分析。

3.1 前地板和后地板的焊接区域

前地板和后地板的焊接区域原结构和优化方案结构示意图如图2所示：

优化方案验证结果如下（表1）（圖3）：

由分析结果可知，通过延长连接处搭接板，扩大焊接区域面积并增加焊点，提升了前地板和后地板的焊接处局部强度。优化方案二可满足静强度要求。

3.2 前围板与鼓风机安装支架焊接区域

前围板与鼓风机安装支架焊接区域原结构和优化方案结构示意图如图4所示：

优化方案验证结果如下（表2）（图5）：

由分析结果可知，通过改变前围板局部起筋结构，提升了其与鼓风机安装支架焊接局部强度。优化方案可满足静强度要求。

3.3 后地板中排座椅前安装区域

后地板中排座椅前安装区域原结构和优化方案结构示意图如图6所示：

优化方案验证结果如（表3）（图7）：

由分析结果可知，通过优化支架的结构，提升了中排座椅前安装区域的局部强度。优化方案可满足静强度要求。

4 结论

本论文以某微客白车身为研究对象，利用Hypermesh建立有限元模型，采用 MSC Adams 求解出的车辆在六个极限工况下的力和力矩，然后利用 MSC Nastran的惯性释放方法计算出车身在这九个工况下的静强度。通过对计算结果的总结分析，筛选出车身有强度风险的关键部位，并提出多项优化建议，同时对优化方案进行验算，优选出可满足静强度要求的最佳方案。综上所述，CAE分析手段可提高工作效率，为设计部门提供最佳的优化方案和建议，在现代产品的研发工作中已经扮演着越来越重要的角色。

参考文献：

[1]王园，王卓，周定陆. Morph 在汽车设计概念阶段的应用[J]. Altair 2009 HyperWorks 技术大会，2009.

[2]陈家瑞. 汽车构造[M]，2004.