文档介绍：某越野车车身结构强度有限元分析与平顺性研究
硕士学位论文
第1章绪论
汽车这一被人们称之为“创造时空价值的现代化加速器”的交通工具,正越来越大的改变着人类的社会生活。它的生产能力代表了一个。而我国汽车工业经过改革开放三十多年的艰难探索,从开始的引进技术、合资生产到现在拥有自主品牌的国产车。在规模和品种方面不断缩小了与世界先进汽车制造业的差距。但是在科技含量,保护环境,人文关怀层面我们和国外先进汽车制造业还有很大的差距。如何缩短我们新车型的研发周期;如何保证安全性能的前提下降低企业成本;如何提高乘客的舒适性及整车的平顺性,是亟待解决的难题,也是制约中国汽车行业发展的“瓶颈”所在。随着人们生活水平的提高,汽车已不在是一种奢饰品而走进千家万户,成为人们出行所选的重要的交通工具之一。这就使得越来越多的用户关注汽车的乘坐舒适性和安全性,因此这两项指标(舒适性、安全性)也成为了现代汽车设计中两大焦点问题。
车身作为汽车的主要承载部件,它承受着来自道路激励、载重货物自重和颠簸惯性载荷等各种力的作用。良好的车身结构是汽车安全性的重要保证。特别是越野车,它经常处于极其恶劣的工作环境,如低温、低压、坏路甚至是无路的条件下处行驶。该车所载的仪器设备需要一个相对稳定的环境。因此,在新车型的设计阶段,对车身结构和整车性能在各种路况下行驶的平顺性和通过性是否符合人们的要求,而进行动力学仿真计算是非常必要的。随着计算机技术的发展,CAD/CAE技术在汽车行业得以广泛的应用,使得对车身这一大型结构的计算成为可能。
以国内某汽车研制中心所开发的新型三轴越野车为对象,利用有限元数值分析技术和动力学仿真技术,解决了手工计算根本无法解决的问题。通过车身建模、动静态分析计算,获得该越野车承载特性和模态特性的参数,找出车身强度的薄弱环节和危险部位,为结构的改进设计和新车型的研究提供了理论依据。另外,三轴车的平顺性一致以来都很差,而且对三轴车平顺性研究又比较少。因此对三轴车平顺性进行仿真研究,对提高和改善
驾驶员和乘客的舒适度都具有重要的实际意义。再者,针对越野车的实际使用工况,进行越障和跨沟壕试验,对越野车通过性能的评价提供了理论参考。总而言之,基于CAE技术的计算与仿真,对缩短新车型的研发周期,降低企业的生成成本都有实际的意义。
国内在车身 CAE 方面的研究已有不少学者做了大量有意义的工作。早在二十世纪七十年代末,长春汽车研究所的谷安涛教授等人建立了车架的有限元模型,并进行了分析计算[1]。当时研究工作主要集中在车架分析及用梁单元模拟大客车骨架来计算车身的强度。随着计算机技术的发展,有限元在车身结构分析上得到了更为广泛的应用。合肥工业大学的曹文刚教授等人建立了全承载客车车身骨架结构的量体混合有限元模型,对应力场、位移场和低阶模态进行计算与分析,找出了结构刚度和强度的薄弱环节。并通过电测试验结果验证了所建立的有限元模型的正确性。[2]乔淑平等人用有限元法对某轿车白车身的弯曲刚度和扭转刚度进行研究[3]。从轻质量、高刚度角度出发建立了细化的网格模型,找出对整个白车身刚度影响比较敏感的零部件,并在综合考虑各种因素情况下提出改进刚度的方案。上海交通大学的胡志远博士等人建立某国产轻型客车车身刚度有限元分析模型,确定有限元模型的边界条件及分析载荷,并对有限元模型进行试验验证[4]。吉林大学的陈志勇博士等人在客车车身的有限元模型的基础上进行了模态分析,并通过试验验证了计算结果的准确性,表明所建立的车身有限元模型能够很好的反应原车身结构的振动特性[5]。江苏大学朱茂桃教授等人对某车辆车身进行了计算模态分析,得到其计算振频以及相应的振型,并通过试验得到试验模态频率及振型,对计算模态和试验模态进行振型相关性分析,将有限元的动态分析与试验数据有机地结合起来,验证了车身有限元模型,为车身结构设计提供了依据[6]。合肥工业大学的高玉华博士运用优化设计与硬件在环分析相结合的方法,提出硬件在环白车身优化设计方法,建立硬件在环轿车白车身优化设计流程,并进行了基于不同优化目标的白车身硬件在环优化设计
[7]。
总而言之,国内对客车和轿车车身结构强度和刚度的分析已做了大量工作,取得了可喜的成绩,但是对越野车的车身安全性的研究却做的很少。另外由于软硬件对模型规模的限制,模型的网格细化程度不够,因而结构的刚度特别是强度的计算结果还比较粗略,与工程实际结果有一定的差距。
70 年代以来,随着高速大容量计算机的出现和美国宇航局结构分析程序 NASTRAN 的成功开发,美国几家大的汽车公司开始了汽车结构设计的革命,运用有限元技术对车身结构进行静、动态分析。福特