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汽车车身有限元析与研究.pdf 56页
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汽车车身有限元析与研究
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车身是汽车的三大总成之一，它不仅要有漂亮的整体视觉效果、足够的空间、
流畅的外形曲线，更重要的是要有足够的强度、刚度和优越的动力学性能。因此，
车身结构的设计与改进在汽车的设计中占有很重要的地位。有限元法是关于连续体
(连续结构)的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它
在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用数值分析和优化设计等先进技术，以某汽车车身(驾驶室)为研究
对象，建立了汽车车身详细有限元模型，并进行了几种典型工况下的强度分析、刚
度分析、模态分析和结构优化，其主要内容包括：
1．根据UG零件数模，经过曲线修正、曲面重构等几何表面清理，以壳单元为
主，建立了某汽车车身详细的有限元模型，共包含三十多力．单元，其模型的规模和
建模精度为国内同行业领先水平。
2．研究了有限元模型建立过程中所应考虑的主要问题，包括结构的简化、单元
类型的选取、单元数量的控制、单元质量的检查、网格的布局、载荷和约束的模拟
等。特别是对连接方式的模拟进行了详细的研究，如钢板弹簧的模拟、驾驶室前后
悬置的模拟和单扭杆系统的模拟等。
3．根据汽车车身几种典型工况的模拟和计算结果，找出车身在实际工况中的危
险部位和应力及变形分布趋势，对车身设计具有指导意义。
4．通过模态分析，获得了车身低价固有频率和振型，并找出了车身结构在动态
激励时的薄弱环节和影响车身模态的主要因素，根据计算结果，提出了改进设计建
关键词：车身有限元分析优化设计
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isthatitshouldhave
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andexcellent
strength、stiffness
performance．Soimprovement
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body(cab)iscompleted，
andmodalare
strength、stiffnessanalyzed，andoptimizationassembly
too．Themai
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数模及同步工程技术方案.ppt 74页
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一、车身数模开发流程(数模设计控制) 二、同步工程(Simultaneous Engineering) 三、设计验证 一、车身数模开发流程(数模设计控制) 典型结构信息收集,对比参考结构(建立典型断面库,编号索引) 建立车身A面 设定结构断面，重要外观特征(内外观间隙,圆角) 建立结构关系表,厘清各结构件之间的相互关系(PMS表) 结构设计及优化 结构检讨,定性(定量)的受力分析 设计细节检讨 建制流程（数模冻结、更改流程） 1.典型结构信息收集,对比参考结构(建立典型断面库,编号索引) 1.1 典型断面列举 （1）密封结构断面
（2）玻璃安装断面 （3）铰链安装结构断面
（4）门锁安装结构断面 （5）A柱（过视平线）断面
（6）B柱安全带安装位置Z断面 （7）前门框过H点X断面
（8）前车中心X断面（车身） （9）加油口中心Z断面
（10）后轮中心X断面 （11）行李厢锁安装断面
（12）firewall Y0断面 （13）C柱中部法向断面
（14）车门玻璃导向槽断面 （15）引擎盖Y0断面
（16）过后座H点X断面 （17）Y0断面
（18）过方向盘中心Y断面
（19）开闭件典型结构
（20）车门铰链典型结构 （21）典型密封结构
（22）安装固定结构 （23）典型焊接结构
1.2 典型断面位置及索引 典型断面位置及索引(续） 典型断面位置及索引(续） 断面的功能： 表示结构件之间的关系及间隙，各种内饰件与钣金件之间，钣金件之间 表明部件的编号，材料和测量关系 表明各部位的密封胶，标件，密封条，装饰件和电器线束布置 设计与维护要求 结构设计的基础
1.3典型结构 车身结构可分为两个部分，一是骨架，一是蒙皮，骨架结构是车身的支撑，是受力构件，蒙皮则是装饰与辅助性结构 骨架是力通过车身的主要传递路径，也时主要的受力构件，设计时应保证车身骨架须构成一个闭环，尽量避免开环结构 骨架是保护乘客的主要环节，底盘件亦安装到骨架结构件上 骨架结构是车身刚度的主要贡献者 当车身受力时，应有“牵一发而动全身”的效果，让车身结构整体受力
蒙皮结构主要功能时装饰，同时与结构件共同形成车身完成结构
典型结构（续１） （1）车身整体结构分类 非承载式车身 有独立的车架，底盘载荷直接作用到车架上，车身安装到车架，来自底盘的作用力通过安装支架间接作用到车身 半承载式车身 无完整的车架，有副车架，车身承受部分来至底盘的作用力 承载式车身 无车架，底盘作用力直接作用到车身
（２）车身布置方式 前置前驱动（ＦＦ） 其结构特点是底板无前后贯通的传动轴通道，地板相对平整，内部布置较容易，乘员可使用空间较大。地板结构刚度相对较差。 前置后驱动（ＦＲ） 传统布置方式。底板有前后贯通的传动轴通道，内部布置不易，乘员可使用空间较小，地板结构刚度相对较好。 后置后驱动（ＲＲ） 轿车较少使用此方式。
典型结构（续２） （３）典型开闭件结构
车身开闭件是车身的基本结构，包括引擎盖、行李厢盖、车门、油箱门、翼子板等，是车体的初始结构。它提供乘员舱、发动机舱、行李厢等的进出口，是人机工程设计重要检讨部分。
开闭件设计是车身结构设计的初始阶段，当Ａ面提供给工程部门后，开闭件便启动了车身结构设计。 １.4　开闭件结构（车门类） 1.4.1 铰接前＼后车门结构 整体式车门 车门内外板为整体冲压式结构，通过扣边构成车门结构，玻璃导槽焊接在车门内外板上，加工成本较高，焊装工艺简单． Ａ_frame车门 车门从结构上分为上下两部分，两部分通过焊接方式构成车门整体结构，加工成本低，焊装工艺较复杂，工艺保证能力要求较高． 无框架车门 仅有车门下部，上部无玻璃导槽，工艺保证能力要求高，有特殊的密封方式。 开闭件结构（车门类）(续1） 1.4.2 滑门结构 所占用外部开门空间较小，分别由上、中、下三部分滑轨构成车门导向结构 2.建立车身A面 2.1 车身表面分类 class A面
用户可直接看到的重要外观表面，如车身外表面，仪表台外表面等。 class B面
正常情况下用户不能看到，但拆开其上的覆盖物后能看到的面，还包含用户可以直接看到但非重要的外表面，如车门内板表面，Ａ、Ｂ柱内表面等,一阶切连续。 class C面
在车辆的寿命周期内用户均不能见到表面,一阶切连续。 2.2 class A面要求 曲面是光顺曲面,G2连续 特征网格线必须均匀合理地分布,最好在某一投影面上以矩形方式分布 曲率方向一致 3.设定结构主断面，重要外观特征(间隙，圆角)
按设计输入要求建立开缝线（造型部门与工程部门共同确定）。
根据车身结构特点从&典型断面库&中选取不同特征位置合适的主断面，或参考标杆车同一位置的主断面，并进行评审。
外观间隙与面差
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