客車有限元模型的建立流程

1、 有限元建模流程:有限元前分析可分成三個(gè)階段：前處理、計(jì)算分析、后處理。前處理主要包括幾何、材料、邊界條件三方面的內(nèi)容。幾何方面主要是網(wǎng)格的劃分，也即節(jié)點(diǎn)和單元的生成。材料方面，主要確定材料性能。邊界條件主要包括載荷和約束的確定。有限元分析后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便地提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。一般通用有限元軟件的建模分析流程如圖2-2所示。模型修iF1定義材料1定義單元網(wǎng)格劃分與惓改前處理部分 -壕性型擇井r.屆模逸劃衆(zhòng)料何元格有材兒單網(wǎng)冇限尤程序有限元分析的流程見圖21.；工程問題!調(diào)研相關(guān)資料制定分析方案獲取對(duì)象的材料性質(zhì)機(jī)械特性、幾何條件外力及邊界條件加約束加載荷加時(shí)間變化情

2、形 材料屬性及梁橫截面屬性的指定:車身骨架所采用的材料均為各向同性材料16Mn和Q235。其材料參數(shù)見表所示。對(duì)于BEAM188單元還需要指定其線密度，該材料為2.3864xl0-3(16Mn),2.3742x10-3(Q235)。參數(shù)定義命令有MPTEMP、MPDATA、R。a3-2前桶性及機(jī)就性能材料抗就限屈服極限彈性模量頁切模量密度泊松(MPa)(MPa)(GPa)(GPa)(Kg/mm3)比,16Mn480-520280-350200|79,4o,rQ235175-46923520679.47,8b1060”3車身骨架桿件若采用20號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其材料特性如下表。表1材料特性材料屈

3、服極限強(qiáng)度極限彈性模量泊松比密度(MPa)(MPa)(GPa)(g/cm3)202404102.06E50.37.8單元類型的選取：由于車身有限元模型的復(fù)雜性，所以在建模中針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)特征，要選取適當(dāng)?shù)膯卧愋汀Ｖ饕晒┻x用的單元類型有：空間梁單元、薄板彎曲單元和殼單元等。同時(shí)還有用于模擬各種連接方式的單元類型。在選擇單元類型時(shí)，要遵循兩個(gè)原則：一、要能夠準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，能夠得到合理的計(jì)算精度；二、盡量選用相對(duì)簡單的單元類型，降低有限元模型的復(fù)雜性，能夠節(jié)約計(jì)算機(jī)資源和運(yùn)算時(shí)間。殼單元車身結(jié)構(gòu)主要由薄板沖壓件和車身蒙皮構(gòu)成。而車身結(jié)構(gòu)中的薄板沖壓件結(jié)構(gòu)的厚度都遠(yuǎn)小于其平面幾何尺，而且

4、大多都是既要承受拉壓載荷，又要承受彎曲載荷，針對(duì)這樣的力學(xué)特性，在建模時(shí)采用殼單元。殼單元可以看成是膜單元和板單元的組合。膜單元只能承受平面內(nèi)的拉壓載荷；板單元只能承受垂直于板的彎曲載荷；而殼單元既能承受彎曲載荷又能承受拉壓載荷，所以能準(zhǔn)確模擬薄板沖壓件的力學(xué)特性。質(zhì)量單元整車結(jié)構(gòu)中有一些附件結(jié)構(gòu)比如發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器等，如果也對(duì)其詳細(xì)建模的話，就大大增加了模型的復(fù)雜程度。所以要做適當(dāng)?shù)暮喕袃煞N方法，既可以作為集中載荷的方式添加，也可以用質(zhì)量單元來模擬。質(zhì)量單元用一個(gè)置于質(zhì)心位置的點(diǎn)單元來表示。彈簧阻尼單元EQ6111LH采用空氣懸架，共6個(gè)氣囊，前懸架有2個(gè)氣囊，后懸架有4個(gè)氣囊。(問題：什

5、么叫空氣懸掛？空氣懸架？)彈簧阻尼單元常常被用來模擬汽車懸架裝置，這樣可以準(zhǔn)確模擬車身結(jié)構(gòu)中的受力情況。彈簧阻尼單元的特征參數(shù)有：彈簧剛度系數(shù)，阻尼系數(shù)。在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和自由模態(tài)分析時(shí)，阻尼不起作用，此時(shí)可直接當(dāng)作彈簧單元來處理。4用于連接方式模擬的單元車身結(jié)構(gòu)中的連接方式很多，一般有螺栓、鉚接、點(diǎn)焊、縫焊、粘接等。在建立有限元模型時(shí)，要根據(jù)不同的情況，對(duì)不同連接方式采用不同的單元類型來模擬。當(dāng)研究整車的剛度或者固有頻率和振型等車身整體性能時(shí)，由于局部連接方式對(duì)整車性能影響有限，同時(shí)考慮到模型的簡化，可以不考慮各種連接方式的不同以及它們對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，直接將連接部位的所有對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)合成一個(gè)節(jié)

6、點(diǎn)，當(dāng)成兩部件共有節(jié)點(diǎn)來處理。當(dāng)要建立詳細(xì)有限元模型，研究車身各處應(yīng)力水平時(shí)，由于局部情況不能忽略，則必須考慮連接方式的不同，采用不同的有限元類型來模擬。螺栓和鉚釘連接，常用剛性連接單元或者剛性小短梁來模擬。后者比前者計(jì)算精度高，但模型的規(guī)模相應(yīng)增加，要視具體情況來處理。近年來，由于粘結(jié)質(zhì)量的提高，在車身連接中得到了廣泛的使用，特別是蒙皮和車身骨架的連接。在通常的情況下可以作為點(diǎn)焊來處理。如果要很高的計(jì)算精度的話，則可以用彈簧單元來模擬，但相對(duì)就比較復(fù)雜?？p焊，由于其連接比較均勻，且強(qiáng)度較高，因此可以簡單處理，將焊接部位的所有節(jié)點(diǎn)設(shè)置成兩部件共有即可。對(duì)零件之間的點(diǎn)焊連接采用不同的建模方法，將

7、影響整體車身的剛度和剛度分布，因此焊點(diǎn)建模對(duì)于車身建模有著非常重要的意義。對(duì)點(diǎn)焊的模擬，大致可以采用以下一些方法：1采用節(jié)點(diǎn)相連的方法。把相同位置的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)融合為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的自由度、相同的（角）位移、（角）速度和（角）加速度。這是一種簡潔的處理方法，也是普遍采用的方法。采用這種方法，可以減少模型的自由度，降低建模的復(fù)雜程度，節(jié)省計(jì)算時(shí)間，快速地對(duì)整體模型作定量的分析。但節(jié)點(diǎn)相連會(huì)使計(jì)算結(jié)果有一定的誤差，對(duì)于連接焊點(diǎn)附近的區(qū)域，存在較大誤差。要得到焊接區(qū)域準(zhǔn)確的結(jié)果，需要對(duì)焊點(diǎn)作進(jìn)一步分析。對(duì)于離焊點(diǎn)區(qū)域較遠(yuǎn)的部位，計(jì)算結(jié)果是比較準(zhǔn)確的。2采用同螺栓或鉚釘連接一樣的方法，即采用

8、剛性小短梁來模擬。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以較準(zhǔn)確反映節(jié)點(diǎn)附近的應(yīng)力分布。3采用實(shí)體單元模擬焊點(diǎn)。這種處理方法會(huì)使模型增加大量的自由度，對(duì)于通過上萬個(gè)點(diǎn)焊將車身零件連接起來的整體車身來說，需要大量的計(jì)算機(jī)資源，對(duì)機(jī)器配置要求也較高。建模單元特性在劃分網(wǎng)格之前，通常都要指定所分析對(duì)象的特征，即定義單元類型。主要包括3個(gè)基本類型的常數(shù)定義:單元類型（ElementType）定義,實(shí)常數(shù)（RealConstant）定義，以及材料屬性伽aterialAttrbiute）定義。ANSYS提供了大約200種單元用于工程分析。經(jīng)常采用的單元有:線單元、梁單元、桿單元、彈簧單元和殼單元等。典型的實(shí)常數(shù)包括:厚度、

9、.橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。在ANSYS所有的分析中，都要輸入材料特性，包括彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。如前文所述，客車車身可看作是一種復(fù)雜的空間薄壁桿件結(jié)構(gòu)。其中的絕大多數(shù)桿件是閉口薄壁方管，在車身結(jié)構(gòu)中起到空間梁的作用。對(duì)于一般的梁來說，軸向的長度要比其它兩個(gè)方向的寬度大的多，所以一般來說可以抽象為一維模型進(jìn)行求解。ANSYS中的梁單元就是適用于生成三維結(jié)構(gòu)的一維理想化數(shù)學(xué)模型，所以對(duì)于車身部分，可以考慮利用梁單元來建立骨架的有限元模型，將結(jié)構(gòu)件之間的連接點(diǎn)簡化為計(jì)算模型中的節(jié)點(diǎn)。與實(shí)體單元和殼單元相比，梁單元的求解效率可以更高。雖然梁單元模型不能如實(shí)反映出結(jié)構(gòu)局部的詳細(xì)應(yīng)

10、力分布狀況，這也是利用梁單元建立模型的不足之處。但根據(jù)整車的設(shè)計(jì)情況和經(jīng)驗(yàn)，車身往往是整車結(jié)構(gòu)中強(qiáng)度比較高的部分，相對(duì)來說，骨架部分的設(shè)計(jì)使其在強(qiáng)度上有足夠的保障，因此為了降低計(jì)算成本，減少計(jì)算時(shí)間，所以決定采用梁單元來建立車身骨架結(jié)構(gòu)的有限元模型。常用的梁單元主要有以下幾類：普通梁單元，如BAEM3,BEAM4;其中BEAM3是一個(gè)軸向拉壓和彎曲的二維彈性梁單元，而BAEM4是一個(gè)軸向拉壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲的三維彈性梁單元，具有應(yīng)力剛化和大變形功能。截面漸變梁單元，如BAEM44,EBMA54;其中BAEM44是具有拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲功能的單軸三維漸變不對(duì)稱梁單元，EBMA54是具有拉伸、扭轉(zhuǎn)和彎曲

11、功能的單軸二維漸變不對(duì)稱梁單元。塑性梁單元，如BEMA23,BEMA24;其中BAEM23是具有拉壓和彎曲性能的單軸二維塑性梁單元，EBMA24是任意截面(開口或封閉)的單軸三維薄壁梁單元，具有拉壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)功能?？紤]剪切變形的梁單元，如BEMA188,BEAM189;該二單元都是ANSYS從5.5版本開始起增加的新的梁單元，它們將梁的橫截面納入模型的屬性中，豐富和方便了對(duì)梁單元的定義，而且具有強(qiáng)大的繪制梁單元截面立體圖的功能。BEMA188是三維線性有限應(yīng)變梁單元而BAEM189是三維二次有限應(yīng)變梁單元，它們都適合于分析細(xì)長梁或中等粗短梁結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格劃分與檢查：車身骨架主要時(shí)由矩形截面鋼焊接

12、而成，板件厚度為1.5mm。在采用板殼單元進(jìn)行有限元?jiǎng)澐謺r(shí)，首先要提取矩形截面桿實(shí)體模型的中面。中面是在劃分網(wǎng)格時(shí)用平面有限元單元來表示某一給定部分的幾何層，通常適用于金屬?zèng)_壓而成的薄片、帶肋板的塑料模件和其他一些帶板件的結(jié)構(gòu)。圖2-3養(yǎng)現(xiàn)中面示意骨網(wǎng)格劃分是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，網(wǎng)格的質(zhì)量和規(guī)模對(duì)計(jì)算精度和效率有直接影響。單元尺寸的確定在劃分網(wǎng)格之前，首先要選擇合適的單元尺寸大小。對(duì)于車身模型的單元類型而言，主要是考慮殼單元的尺寸大小，因?yàn)樗苯記Q定了有限元單元數(shù)目的多少，從而對(duì)模型的復(fù)雜程度，計(jì)算的精度有著較大的影響。理論上講，單元尺寸越小，網(wǎng)格越密，則計(jì)算精度也越高，但所占用的計(jì)

13、算機(jī)資源越多，計(jì)算時(shí)間也越長。而且隨著網(wǎng)格密度達(dá)到某一規(guī)模之后，再增加網(wǎng)格密度，精度提高變得越來越不明顯。所以在能滿足計(jì)算精度要求的情況下，單元尺寸盡量取大一些。另外針對(duì)不同的分析類型，要選擇不同的單元尺寸大小。比如模態(tài)分析和應(yīng)力分析對(duì)于單元尺寸的要求就不一樣。應(yīng)力分析時(shí)因?yàn)榧?xì)節(jié)會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對(duì)這些部位的網(wǎng)格要適當(dāng)細(xì)化；而模態(tài)分析要求單元均勻一些，相對(duì)于應(yīng)力分析單元尺寸可以適當(dāng)取大一些。對(duì)于究竟取多大的單元尺寸才能滿足特性分析的精度要求，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的網(wǎng)格劃分過程中，可以先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取某一單元尺寸，然后進(jìn)行試算，之后再適當(dāng)減小單元尺寸，再進(jìn)行試算。如果兩次試算的結(jié)果誤差不大，

14、則前一次的單元尺寸就基本上滿足精度要求。對(duì)于應(yīng)力分析，首先應(yīng)該選取較大的網(wǎng)格建立粗略的有限元模型，然后進(jìn)行粗算。這樣可以確定應(yīng)力比較集中的地方，可以有針對(duì)性地對(duì)局部網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。2網(wǎng)格檢查網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性。網(wǎng)格質(zhì)量的好壞將影響計(jì)算精度。質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)斐捎?jì)算的中止。網(wǎng)格質(zhì)量可用細(xì)長比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點(diǎn)位置偏差等指標(biāo)來衡量。細(xì)長比(AspectRatio)：單元最大邊長與最小邊長的比值，一般應(yīng)力分析的時(shí)候要保持在3:1以內(nèi)；分析變形時(shí)最好保持在10:1以內(nèi)。翹曲量(Warpage)：表示單元相對(duì)于平面的偏移程度。對(duì)于四邊形單元，翹曲量最好在10度以下，若

15、單元的翹曲量太大，可將其剖分為兩個(gè)三角形單元。雅可比(JacobianRatio)：單元內(nèi)各個(gè)積分點(diǎn)Jacobian矩陣值中的最小值與最大值之比。對(duì)于不合格的網(wǎng)格，可以采用網(wǎng)格優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，或者用更小的網(wǎng)格尺寸進(jìn)行局部細(xì)化，直到整體模型的網(wǎng)格質(zhì)量達(dá)到計(jì)算要求。網(wǎng)格檢查的另外一個(gè)內(nèi)容是檢查節(jié)點(diǎn)是否連續(xù)，即網(wǎng)格是否具有位移協(xié)調(diào)性。位移協(xié)調(diào)是指單元上的力和力矩能夠通過節(jié)點(diǎn)傳遞到相鄰單元。為了保證位移協(xié)調(diào)，一個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)必須同時(shí)也是相鄰單元的節(jié)點(diǎn)，而不是內(nèi)點(diǎn)或邊界點(diǎn)。模型簡化：有限元模型建立的原則和應(yīng)注意的問題：客車車身不僅是一個(gè)極其復(fù)雜的空間薄壁桿系結(jié)構(gòu)，還包括大量的蒙皮。由于一些非承載件和非主

16、要的承載元件對(duì)骨架結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布影響很小，而對(duì)問題的求解規(guī)模和準(zhǔn)確性有著很大的影響。因此沒有必要并且也不可能完全按照車身的實(shí)際結(jié)構(gòu)來構(gòu)建其有限元模型，而是要根據(jù)各個(gè)分析的側(cè)重點(diǎn)有針對(duì)性的對(duì)模型進(jìn)行一些簡化。建立車身骨架的有限元模型時(shí),即要如實(shí)地反映客車車身實(shí)際結(jié)構(gòu)的重要力學(xué)特性,又要盡量采用較少的單元和簡單的單元形態(tài),以保證較高的計(jì)算精度及縮小解題規(guī)模。有限元分析計(jì)算結(jié)果的可信度高低，直接受分析模型、載荷處理、約束條件等和實(shí)際工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性符合程度的影響,若有失誤則會(huì)造成很大誤差,嚴(yán)重時(shí)將使計(jì)算分析失敗。在建模時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?，這樣不僅可以縮短建模時(shí)間，而且可以突出主要問題。模

17、型簡化的程度主要取決于分析類型，即分析目的。如果只是要建立用于粗算的模型，則可以去掉次要的構(gòu)件，同時(shí)忽略零件的局部細(xì)節(jié)。如果是要建立用于分析整車固有頻率、剛度、強(qiáng)度以及局部應(yīng)力水平的詳細(xì)模型，則簡化時(shí)要相對(duì)慎重，對(duì)所分析性能指標(biāo)有貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)要盡量保留。因此，模型簡化的基本原則是要保證不影響計(jì)算精度的前提下，對(duì)所研究的性能指標(biāo)影響的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡化。建立車身模型的關(guān)鍵是選擇合適的單元來模擬車身結(jié)構(gòu)，并弄清楚車身的整體載荷情況，以確定模型施加的邊界條件。當(dāng)然，計(jì)算模型不可能等同于實(shí)際模型，需要對(duì)模型進(jìn)行近似簡化。構(gòu)成模型的主要結(jié)構(gòu)，可用具有相似力學(xué)特性的單元來模擬真實(shí)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性。本報(bào)告主要針對(duì)

18、客車骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，座椅及木地板等客車構(gòu)件，則簡化成質(zhì)量或載荷。建立有限元模型時(shí)我們采取了以下措施：(根據(jù)客車骨架是由矩形管焊接而成的空間桿系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，我們運(yùn)用空間殼單元和梁單元兩種方式進(jìn)行了試算。)本課題研究的是車身骨架的靜、動(dòng)態(tài)特性，因此建模時(shí)根據(jù)實(shí)際需要對(duì)車身骨架采取了以下的簡化措施:省略非承載件。對(duì)于哪些為了滿足某種功能需要，不是為了承載而設(shè)置的構(gòu)件(例如:扶手，制動(dòng)踏板支架，儀表盤支座，風(fēng)窗玻璃的鼻梁等)，由于其對(duì)整車的變形和應(yīng)力分布影響較小，可忽略不計(jì)。構(gòu)件表面光順化。構(gòu)件表面上的孔、臺(tái)肩、凹部和翻邊等若實(shí)際狀況許可予以圓整光滑處理。省略工藝孔。車架前后

19、段的實(shí)體模型上有很多安裝孔和工藝孔。這些孔的存在對(duì)模型的應(yīng)力和變形影響小，而且還增加了建模難度，因此，在建模是不予考慮。忽略蒙皮。蒙皮對(duì)骨架起到加強(qiáng)的作用，但影響不大。從簡化模型和偏安全的角度考慮，在模型中忽略蒙皮。蒙皮處理原則：對(duì)于與骨架連接剛度較大的金屬蒙皮，以空間殼單元來模擬；而對(duì)于其它對(duì)骨架剛度加強(qiáng)作用甚微的蒙皮結(jié)構(gòu)，則不考慮蒙皮的作用。主從節(jié)點(diǎn)原則。出于對(duì)結(jié)構(gòu)模型病態(tài)問題的考慮，為了避免模型病態(tài)的問題，對(duì)于位置較近的構(gòu)件結(jié)合點(diǎn)則采用適當(dāng)合并或“主從節(jié)點(diǎn)”的方式處理，避免實(shí)際計(jì)算中可能會(huì)導(dǎo)致的方程病態(tài)。有些鄰接構(gòu)件在空間交接的軸線不重合,于是出現(xiàn)了兩個(gè)離得很近的節(jié)點(diǎn),在力學(xué)特性上它們的

20、變形很接近,把它們簡化成一對(duì)主從節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的有些區(qū)域在某方向上剛度很大,例如車身立柱與底橫梁連接處,車架縱梁上鋼板彈簧支座附近等,各節(jié)點(diǎn)的位移相近,利用相關(guān)位移來處理。這樣就避免了可能出現(xiàn)的總剛度陣的病態(tài),同時(shí)也可以提高結(jié)構(gòu)分析的效率。問題：(什么是主從節(jié)點(diǎn)原則)？曲桿簡化為直桿。對(duì)于頂蓋橫梁、前風(fēng)窗下橫梁等曲桿，由于不是主要承載件，將其簡化成若干直桿。雙(三)梁的簡化。對(duì)于兩同向焊接的梁，因其焊接處強(qiáng)度近似于材料內(nèi)部強(qiáng)度，因此將其簡化為一根梁。經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證，該簡化處理與在兩根梁中間引入剛性梁的簡化處理相比，前者引起的誤差遠(yuǎn)小于后者。簡化截面形狀。由于客車上構(gòu)件的設(shè)計(jì)不僅僅是考慮簡單的受力，而且

21、還要顧及其他部件的安裝與使用要求，因此截面形狀可能不很規(guī)范，但在離散化時(shí)要作適當(dāng)?shù)男螤詈喕?。載荷分配。載荷的分配直接影響計(jì)算結(jié)果。應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、油箱、地板、乘客、座椅及行李等質(zhì)量作合理的分配，使之作用在適當(dāng)?shù)奈恢?。取約束、載荷作用點(diǎn)處，和焊接、鉚接點(diǎn)處為單元的節(jié)點(diǎn)。模型中的載荷、約束的精確程度對(duì)整車結(jié)構(gòu)的位移，應(yīng)力和模態(tài)影響很大。模型簡化的內(nèi)容包括：1對(duì)于所研究指標(biāo)影響很小的次要構(gòu)件，可以去掉；2對(duì)于頂蓋的橫梁、前圍的橫梁等彎曲桿件，可以簡化為若干直梁；3對(duì)于連接部位的很小的圓弧過渡，可以簡化為直角過渡；4對(duì)于加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，基于分析目的的不同，可以采用不同的簡化方法。要研究整車剛度、強(qiáng)度等

22、性能時(shí)，可以忽略加強(qiáng)筋；但如果要研究局部變形及應(yīng)力分布時(shí)，則不能忽略加強(qiáng)筋；用于模態(tài)分析，求解固有頻率和振型時(shí)，也不能忽略加強(qiáng)筋。5對(duì)于翻邊結(jié)構(gòu)，也要視其結(jié)構(gòu)功能來定。對(duì)于對(duì)構(gòu)件局部剛度有加強(qiáng)作用的翻邊，如果單元數(shù)目允許，最好不要忽略。而對(duì)于純粹是工藝上的需求，幾乎不影響結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度的翻邊結(jié)構(gòu)，可以完全忽略。6對(duì)于孔結(jié)構(gòu)，則可視其尺寸來考慮。如果其尺寸相對(duì)于其所在部件非常小，則可忽略；如果某個(gè)孔的尺寸相對(duì)于其所在部件很大，則會(huì)對(duì)局部結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度有影響，在要注意局部應(yīng)力集中的情況下要保留。車身質(zhì)量及載荷的處理：本文以車身骨架為研究對(duì)象，認(rèn)為整車模型的載荷全部由骨架來承擔(dān)。載荷主要包括以下

23、幾個(gè)部分:車身骨架自身重量。根據(jù)軟件自身功能，在ANSYS中輸入鋼板材料的密度，軟件便自動(dòng)計(jì)算出骨架的面積、體積、重量。對(duì)于座椅、乘客的重量。此客車載客量額定為45人，外加一名司機(jī)，不計(jì)超載。根據(jù)實(shí)際情況，乘客的重量通過座椅的支撐點(diǎn)傳遞給地板。因此，對(duì)于車架來說，所受載荷用均布載荷來模擬，較為準(zhǔn)確，而且可以避免因加點(diǎn)載荷而導(dǎo)致的應(yīng)力集中。乘客的載荷為750N/人，按照實(shí)際布置位置正確施加到車架上。對(duì)于底盤各總成的重量如發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、蓄電池、離合器及離合器殼、緩速器、散熱器及附件、電瓶及架、排氣管及消聲器、壓縮機(jī)、加熱器、油箱(含燃油)、衛(wèi)生間、備胎等等都以靜力等效原則，在其底盤的實(shí)際位置上以均

24、布載荷施加到模型上。在車身頂部有一空調(diào)主機(jī)，重量為2367N，根據(jù)實(shí)際所占面積施加到頂梁相應(yīng)位置。在底盤中部，有一個(gè)很大的行李艙，在此按每人60kg的行李加上載荷(按45名乘客計(jì))。本模型所有載荷均以均布載荷的形式加到有限元模型中相應(yīng)的梁單元中。建模時(shí)的懸架系統(tǒng)模擬在強(qiáng)度計(jì)算中車身模型通過前后懸架支撐在地面上。因此模型建立的一個(gè)重要內(nèi)容是車身支承系統(tǒng)的模擬。支承模擬的正確與否是計(jì)算成敗的關(guān)鍵，支承模擬的好壞極大的影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。建立支承模型的原則是:足夠的約束，使結(jié)構(gòu)消除剛體運(yùn)動(dòng)的可能，才能獲得位移的確定解。不得有多余約束，因?yàn)槎嘤嗉s束會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實(shí)際不存在的附加約束力車身或車架是通過懸

25、架系統(tǒng)、車橋和車輪支承在地面上的。為了使計(jì)算更加符合使用工況，可將懸架元件與車身或車架組合起來進(jìn)行計(jì)算分析。車架通過懸架系統(tǒng)與車橋相連，不同的懸架系統(tǒng)對(duì)車架以及車身骨架的強(qiáng)度和剛度的影響也不同。本課題所研究的車型是采用前后雙鋼板彈簧的懸架系統(tǒng)。根據(jù)以往的參考文獻(xiàn)，一般將鋼板彈簧的懸架系統(tǒng)看為兩個(gè)豎放的彈簧和兩根剛度很大的平衡杠桿支承在鉸支點(diǎn)上。故在有限元建模過程中把懸架等效為兩個(gè)彈簧連接單元與兩個(gè)剛度很大的梁單元。ANSYS中的彈簧連接單元自由度可以用位移或扭矩來描述?？梢允侵挥蠿、Y、Z三方向的平動(dòng)自由度，也可以只有沿自身軸線的扭轉(zhuǎn)自由度，但有一個(gè)原則就是只能沿自己的軸線移動(dòng)。這與鋼板彈簧實(shí)

26、際的作用相符合:除了起到減振的作用外，還起到導(dǎo)向的作用，即在其他方向上的剛度遠(yuǎn)比垂直方向的大。在建模時(shí)為了避免懸架塌陷和側(cè)傾，還應(yīng)設(shè)置連接單元節(jié)點(diǎn)藕合。在本模型中，對(duì)連接單元節(jié)點(diǎn)對(duì)10和12、6和8、15和13藕合了X、Y平動(dòng)自由度和RZ旋轉(zhuǎn)自由度。樣車前后鋼楓彈賛剛度分別為；前鋼板彈賁145+14N/IKB,后鋼扳彈簧330土30N/i;前后鋼板彈黃卷耳中心到驗(yàn)低端的距離分別為：前鋼板弾餐為1斷啊后鋼板聲晉為山血亦在模型建立后直接在實(shí)常數(shù)中輸入有關(guān)參數(shù).眾所周知，汽車是一種活動(dòng)范圍很廣的交通工具，其行駛條件異常復(fù)雜，當(dāng)汽車在具有隨機(jī)微觀輪廓的路面上行駛時(shí)，車身上的構(gòu)件所承受的載荷也是隨機(jī)的，

27、因此，車身在動(dòng)載荷下的強(qiáng)度計(jì)算比之其它交運(yùn)工具也就復(fù)雜的多。而本文所述的靜態(tài)計(jì)算方法，由于它是立足于以尋求最大載荷作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度指標(biāo)，用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)就難免會(huì)加大構(gòu)件的截面尺寸，即使如此，對(duì)于結(jié)構(gòu)在將來使用中的安全程度，卻仍然無法作出較準(zhǔn)確的預(yù)測。這種確定性的解析方法與達(dá)不到合適的安全預(yù)測指標(biāo)之間的矛盾，只有通過基于概率統(tǒng)計(jì)理論的隨機(jī)載荷的引入，才能獲得準(zhǔn)確的解決。隨機(jī)載荷的研究需要大量試驗(yàn)來支持，而且引入隨機(jī)載荷，就要引入疲勞，問題比較復(fù)雜，涉及路面不平度、工況、客車動(dòng)態(tài)特性、焊接件的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)、幾何尺寸大小的影響、表面狀況、焊接工藝、質(zhì)量等，各種因素對(duì)疲勞影響的離散性也很大。疲勞分配分析

28、有較大難度。然而，汽車骨架的損壞又大都因疲勞所至。因此,從以上這些方面入手對(duì)車身骨架的輕量化進(jìn)行研究，還可以獲得更大空間的改進(jìn)效果。幾何模型的生成：鑒于車身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，直接對(duì)整體進(jìn)行有限元建模比較困難，而且修改起來比較麻煩。通過分析，可以看出EQ6111LH車身結(jié)構(gòu)由頂棚、前圍、后圍、左右側(cè)圍、地板骨架和車架幾個(gè)部分組成。具體建模時(shí)可以對(duì)各部分獨(dú)立建模，然后再組合成車身整體的有限元模型。使用這種建模方法可以使得整個(gè)模型層次分明，方便對(duì)模型局部的修改和調(diào)整，同時(shí)有利于多人的分工協(xié)作，提高建模效率。該車身的大部分骨架是由型鋼和異型管焊接而成的空間薄壁桿系結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的有限元模型采用梁單元，其幾

29、何模型可以直接在ANSYS中建立。在ANSYS里建立車身的幾何模型如圖(34)所示：車型采用前二后四的空氣懸掛，(問題：什么叫空氣懸掛？)底架的前后段結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)，這兩處一直都是事故發(fā)生率較高的部位，為了盡可能接近實(shí)際的建立模型模擬出這兩處部位各構(gòu)件之間的焊接關(guān)系，從而較精確的反映這些構(gòu)件的應(yīng)力分布，對(duì)這兩處的有限元模型，我們采用實(shí)體單元來計(jì)算。底架的前后段結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，在實(shí)體建模能力相對(duì)于三維CAD軟件顯的很弱的ANSYS中建模是困難的。Pro/E具有很強(qiáng)的實(shí)體建模能力，而且與ANSYS有良好的接口。因此，我們采用在Pro/E中建立底架前后段的幾何體模型，然后將其導(dǎo)入ANSYS里面。導(dǎo)入

30、的方式有兩種:直接導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換成IGES導(dǎo)入。第一種方法由于軟件不同版本接口的原因?qū)е轮械腜ro/E中建立的幾何模型無法正常導(dǎo)入Ansys。第二種方法采用了標(biāo)準(zhǔn)格式，這種格式是幾乎所有CAD軟件都可以識(shí)別的，在Ansys中輸入模型時(shí)，可能出現(xiàn)模型斷裂的結(jié)果，可以通過設(shè)置合并重合的關(guān)鍵點(diǎn)、產(chǎn)生實(shí)體、刪除小面積等選項(xiàng)進(jìn)行改變，反復(fù)試驗(yàn)直到輸入滿意為止，避免因軟件接口而產(chǎn)生的破面問題。我們采用第二種方法。ANAN1413-5降架前段幾何悝翌閣3-甘底架些幾啊模梨在ANSYS+將車身和導(dǎo)入的底架連接起來，如圖（37）所示口車身骨架和車架多采用空間梁單元和空間薄壁梁單元。由于車身骨架為薄壁型鋼架結(jié)構(gòu)，因此選用了薄壁梁單元，將骨架梁的交點(diǎn)、連接點(diǎn)取為節(jié)點(diǎn)。車身骨架結(jié)構(gòu)中所使用的梁多數(shù)為規(guī)則幾何截面的型鋼（如矩管、角鋼、U型鋼等），但也有少數(shù)不規(guī)則幾何截面的異型管（如裙邊梁）。對(duì)于規(guī)則幾何截面的梁，ANSYS提供的截面定義工具可以方便地實(shí)現(xiàn)其截面的定義。對(duì)于不規(guī)則幾何截面定義，ANSYS提供了兩種實(shí)現(xiàn)方法:一是建立截面的幾何形狀并使用平面單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分后，寫入的截面文件;二是從特定格式的ASCII文件中讀入截面的網(wǎng)格信息。針對(duì)裙邊梁，本文使用第一種方法建立截面的網(wǎng)格，并使用第二種方法實(shí)現(xiàn)了自定義截面的共享。其網(wǎng)格如圖3一8所示，具體定義過程參