某微客白車身強度薄弱區域結構優化分析

陳璇

摘 要：本文以某微客白車身為研究對象，利用CAE建立有限元模型，模擬路試中的極限工況，對強度薄弱區域的優化整改方案進行驗證。從而保證了白車身的強度，避免車身在實際使用中出現開裂問題。

關鍵詞：白車身 強度 CAE

1 引言

當一個汽車企業發展到一定階段，產品會逐漸系列化，后期的產品相對于前期的產品有一定的繼承性[1]。在某些成熟產品的基礎上，開發新的產品，而利用在概念階段的 CAE 分析可以很快速的分析出新產品的各種特性。這樣，不僅大大提高了工作效率，縮短了開發周期，而且提高了產品的精度和質量，降低了生產成本[2]。

本論文通過采用Hypermesh劃分網格并建立有限元模型，利用 MSC Nastran的慣性釋放方法計算出車身在這九個工況下的靜強度。通過總結分析結果對強度薄弱區域D的整改優化方案進行驗證，為改善汽車結構提供關鍵的現實參考價值。

2 有限元模型的建立

根據車身中心提供的微客白車身數模進行有限元離散，采用Hypermesh劃分網格。白車身所有零件均采用板殼單元進行離散，以四邊形板殼單元模擬為主，少量三角形單元以滿足高質量網格過渡要求。焊點采用ACM格式，焊縫為RBE2剛性連接，螺栓采用BAR單元。各部件之間的連接不考慮鉚釘、焊接及其周圍區域的損害，且未考慮螺栓預緊力。模型圖如圖1所示。

本次靜強度計算涉及六個極限工況：沖擊工況、極限左轉、極限右轉、極限加速、復合極限加速加沖擊、極限制動。

3 白車身強度薄弱區域優化方案分析

分析結果表明，白車身的強度薄弱區域為：前地板和后地板焊接區域、前緩沖塊附近的前圍板和鼓風機安裝支架焊接區域、后地板的座椅安裝區域。其他縱梁、橫梁、前后懸架與車架的連接件、承重支架、側圍頂蓋等均滿足強度要求。以下針對強度薄弱區域進行優化方案的分析。

3.1 前地板和后地板的焊接區域

前地板和后地板的焊接區域原結構和優化方案結構示意圖如圖2所示：

優化方案驗證結果如下（表1）（圖3）：

由分析結果可知，通過延長連接處搭接板，擴大焊接區域面積并增加焊點，提升了前地板和后地板的焊接處局部強度。優化方案二可滿足靜強度要求。

3.2 前圍板與鼓風機安裝支架焊接區域

前圍板與鼓風機安裝支架焊接區域原結構和優化方案結構示意圖如圖4所示：

優化方案驗證結果如下（表2）（圖5）：

由分析結果可知，通過改變前圍板局部起筋結構，提升了其與鼓風機安裝支架焊接局部強度。優化方案可滿足靜強度要求。

3.3 后地板中排座椅前安裝區域

后地板中排座椅前安裝區域原結構和優化方案結構示意圖如圖6所示：

優化方案驗證結果如（表3）（圖7）：

由分析結果可知，通過優化支架的結構，提升了中排座椅前安裝區域的局部強度。優化方案可滿足靜強度要求。

4 結論

本論文以某微客白車身為研究對象，利用Hypermesh建立有限元模型，采用 MSC Adams 求解出的車輛在六個極限工況下的力和力矩，然后利用 MSC Nastran的慣性釋放方法計算出車身在這九個工況下的靜強度。通過對計算結果的總結分析，篩選出車身有強度風險的關鍵部位，并提出多項優化建議，同時對優化方案進行驗算，優選出可滿足靜強度要求的最佳方案。綜上所述，CAE分析手段可提高工作效率，為設計部門提供最佳的優化方案和建議，在現代產品的研發工作中已經扮演著越來越重要的角色。

參考文獻：

[1]王園，王卓，周定陸. Morph 在汽車設計概念階段的應用[J]. Altair 2009 HyperWorks 技術大會，2009.

[2]陳家瑞. 汽車構造[M]，2004.