微型客车白车身有限元建模及静动态特性分析

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微型客车车身是整车的主要组成部分,车身的各项性能直接影响到整车的安全性、舒适性和操纵性,故在微型客车车身的设计阶段对其静动态特性的分析是不可缺少的。它不仅缩短汽车生产周期,提高汽车的整车质量,而且降低了汽车的生产成本。本课题以“某微型客车白车身”的车身模型为研究对象,通过微型客车白车身造型、有限元建模、车身结构静动态特性等产品设计开发技术,完成了白车身静动态特性的分析。课题的主要内容包括:1.建立白车身有限元模型(1)根据白车身结构及零件装配关系建立白车身三维实体模型;(2)基于UG6.0的三维实体模型,并且对相关的曲线、曲面和实体进行修改和重构、结构的合理简化。建立UG6.0与Workbench12.0之间的数据接口,把UG6.0内建好的模型导入到Workbench12.0中去,为建立合理的有限元模型做准备;(3)本课题处理接触关系采用了两种方法:自动默认法和模拟焊接法。自动默认法就是在UG6.0建立的模型基础上,导进Workbench12.0中去,DesignModeler自动识别构件的接触关系,把整个车身作为一个整体;模拟焊接法就是直接应用DesignModeler中提供的点焊焊接关系来处理构件之间的连接关系。在Workbench12.0中,以4面体和6面体实体单元为主,对车身实体模型进行网格划分,其节点总数是253089,单元的总数是123928。其单元数量级达到同类白车身网格划分的要求,从而建立有限元模型。2.白车身结构静态分析在有限元模型的基础上,模拟了白车身静态弯曲、扭转和弯扭组合这三种典型工况,分别得到了该工况下白车身模型的整体、Z向变形云图和整体应变云图,并分别选择车身上的一条路径,得到该路径在整体变形下的位移和应变曲线。在模拟弯曲工况时,分别对利用两种接触关系建立起来的模型进行模拟,并比较了两种模型的结果,并确定采用模拟焊接法建立的模型作为分析的对象。并且在原车身模型的基础上,对车身结构进行改进,使车身加强部分形成封闭结构,再次进行静态弯曲工况模拟,得到相应的结果,并且与改进前的模型模拟结果进行对比,最后从整个车身和Z向变形的角度分析了两次模拟的结果。3.白车身结构动态分析(1)模态分析完成了虚拟环境下白车身的自由模态分析。通过对微型客车白车身结构改进前后的有限元模型进行了模态分析,分别提取了车身结构的前6阶固有频率和振型,为以后车身结构的改进和再设计提供了依据。(2)谐响应分析完成了白车身的谐响应分析。对车身前部的左右两侧施加正弦曲线载荷,最后获得应力、应变、位移、加速度与频率之间的关系曲线和应力、位移与相位角之间的关系曲线,并对结果进行了分析,对该车身舒适性的提高具有指导意义。本文研究的课题属于工程应用型,需要在今后的车身设计和分析中进一步加深研究,对不断完善车身设计和提高分析水平有很大的现实意义。
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