SUV白車身模態分析與優化

蔡智清 崔俊杰 趙海龍

摘要：文章具體分析如下：先利用四邊形或三角形單元離散整個車身，采用有限元分析方法，以某汽車企業SUV的白車身為模型，在不增加白車身自重的基礎上，用Hypermesh畫出白車身模型，接著分析研究了白車身的模態、并與一般目標值進行了比較和優化，以確保白車身的安全性和可靠性。通過對白車身結構的基本研究，可以更好的與設計完美地結合，驗證一定的準確性。對今后的CAE分析奠定了基礎，為改善汽車結構與分析提供很關鍵的現實意義。

關鍵詞：白車身；模態；CAE；優化；安全性

一、引言

如今世界日新月異地變化，科學技術地迅猛發展，汽車行業的需求越來越大。隨著社會的快速發展和科技不斷創新，白車身設計一直是新車型發展的主導，其內在特征直接控制著汽車的性能。模態分析也可以獲得一些零件的基本屬性，不斷創新改進為了生產出滿足需要的產品。通過 Optistruct仿真軟件和理論標準值，分別進行了仿真模式分析和測試模式分析，得到它們兩種模式下的車身固有頻率和各種振動狀態。將仿真模型與測試模型進行了比較，對結果優化達到一定合理性。

二、有限元模型建立

根據白車身幾何導入，清理，利用Hypermesh畫出有限元模型。如圖所示，模型鈑金件采用shell單元，粘膠采用solid單元，網格尺寸大小為10mm， 白車身整體有限元模型總結點數為367574，總單元數為351145；包括前后地板、門檻、側圍、發動機室、頂蓋、后圍等零件。

三、模態分析

本文白車身分析的是自由模態，由于對白車身的振動響應影響比較大的激勵頻率多集中在低頻率，為此分析了該車的前12階典型振型，由于前6階振型為剛體模態，故從第7階模態分析開始，模態分析結果如下：

四、分析與優化

對于白車身全局來說，合適的彎曲模態和扭轉模態至關重要，因此本文只對彎曲模態和扭轉模態進行分析。將分析值與目標值（一般國家標準）進行對比：

扭轉模態：22.45Hz<25（目標值）

彎曲模態：47.74Hz〉45Hz（目標值）

分析結果可得彎曲模態大于目標值，符合標準；但扭轉模態小于目標值，不符合標準需要進行優化。

普遍優化的方法：尺寸優化、形貌優化、拓撲優化

本模型通過改變后門鉸鏈的結構與增大前排座椅安裝點附近零件面積加焊點的方式（如下圖），同上得到的扭轉模態為26.42>25目標值，從而符合標準。

參考文獻：

[1]李增剛.Nastran快速入門與實例[M].國防工業出版社，2007.

[2]朱茂桃，智淑亞，王良模，等.汽車車身現代設計[M].國防工業出版社，2014.

[3]蔡青，李世云，陳麗.有限元法在汽車方面的應用[J].重型汽車，2005.

[4]柴山，焦學健，王樹鳳.CAE 技術在汽車產品設計制造中的應用[J].農業裝備與車輛工程，2005（01）.

[5]劉榮軍，吳新躍，鄭建華.有限元建模中的幾何清理問題[J].機械設計與制造，2005（09）.

[6]于開平，周傳月，譚惠豐，等.HyperMesh從入門到精通[M].科學出版社， 2005.

（作者單位：中北大學 機械與動力工程學院）