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基于OptiStruct的白车身扭转刚度分析及优化

2018/5/12    来源:Altair    作者: 李文彬
关键字: 白车身 扭转刚度 灵敏度 OptiStruct
本文以某SUV车型为研究对象,运用HyperMesh软件建立了BIW的有限元模型,并对BIW的扭转刚度进行了仿真分析。

1 概述

随着经济的快速发展,汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。与此同时,车辆的安全性和舒适性也引起了汽车生产厂家和消费者的广泛关注。现代轿车车身大都采用承载式车身设计,车身几乎承受了轿车使用过程中的所有荷载,包括扭转、弯曲、振动以及碰撞等,因此车身必须拥有足够的刚度和强度来保证整车的使用需求和动态性能需求。BIW扭转刚度是整车性能重要的指标之一,合理的扭转刚度设计可以避免车身在很多工况下发生的可靠性、耐久性、振动及噪音等相关问题,使轿车的整体性能指标得到全面的提高。同时BIW扭转刚度也是衡量车身轻量化水平的重要指标。在节约成本的约束下,如何提高BIW扭转刚度并兼顾车身轻量化要求,需要选择最佳优化对象和优化策略。

随着有限元分析技术的发展和提高,各种计算机辅助分析软件为汽车仿真提供更好的平台。本文利用HyperMesh建立了某SUV车型BIW的有限元模型,并分析了该模型的扭转刚度。然后,利用OptiStruct分析了钣金厚度对扭转刚度的灵敏度。最后,通过改变板厚、增加焊点对扭转刚度进行了优化,提高了BIW的扭转刚度,同时减轻了质量。

2 BIW扭转刚度的数值计算

2.1 BIW有限元模型的建立

文中用于分析扭转刚度的BIW模型主要包括A柱、B柱、C柱、地板、顶棚、前后围等部件,不包括玻璃和IP横梁。利用HyperMesh软件对各个零部件进行有限元网格划分,划分网格时采用四边形单元和三角形单元混合建模的方法,平均单元尺寸为7mm,同时控制单元的网格翘曲度、雅克比、四边形及三角形的最大最小内角等满足质量指标。根据BIW的结构特点,粘胶采用adhesives模拟,焊点采用acm模拟,焊点直径为6mm,螺栓连接等其他连接方式采用rigid单元模拟。整个BIW有限元模型共有977352个单元,如图1所示。

BIW有限元模型

图1 BIW有限元模型

2.2 BIW扭转刚度的计算

利用OptiStruct求解器计算BIW的扭转刚度,采用的加载工况和约束条件如图2所示。

(1)约束条件:后悬安装点位置约束123自由度,前悬左右安装点连线中点处约束3自由度;

(2)加载工况:在前悬安装点连线的两端施加大小相等方向相反的Z向荷载,大小为1000N,等效于在连线中点处加载2000N·m的力矩。

文中的车身扭转刚度定义为:

车身扭转刚度定义

其中M为力矩,D为前悬左右测量点的距离,d1和d2分别为前悬左右测量点Z向位移的绝对值,扭转刚度的单位为N·m/°。

通过计算图2的扭转刚度模型,得到扭转刚度值为14820.7N·m/°。

BIW扭转刚度加载工况示意图

图2 BIW扭转刚度加载工况示意图

责任编辑: 程玥
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