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硬件在环的轿车白车身结构分析与优化设计

高玉华  
【摘要】: 汽车行业是一个高速发展的行业,其竞争日趋激烈。汽车企业要想获得大的市场份额,必须不断更新产品,满足用户需求,轿车新产品的开发周期和费用取决于车身。现代轿车广泛采用全承载式车身,这种车身整体参与承受来自汽车各个总成传递的荷载,车身结构设计决定了其车身的强度、刚度和模态等静、动态力学性能,并影响其整车的轻量化和总成间的匹配关系。国内外普遍采用CAD/CAE方法进行白车身结构分析和设计,一般利用CAD进行白车身的几何建模,利用CAE进行强度、刚度、模态分析,依据CAE分析结果不断进行修改模型,最后得出较理想的实用几何模型和车身结构。这种设计方法的效率和精度尚待完善,因此在深入了解白车身结构与力学性能关系的基础上,研究结构性能优质、低成本、快速的车身结构设计方法,是汽车制造工程一直需要的研究课题之一。 本文以某企业几种典型轿车白车身结构为研究对象,运用强度、刚度、模态及优化设计基本理论和有限元分析方法,研究轿车白车身硬件在环优化设计的方法,对其分析方法中的一些关键力学问题进行研究,提高了轿车白车身优化设计的精度和效率,从而提高轿车的开发速度并降低了开发成本。本文主要研究成果如下: 根据轿车白车身结构特点,利用白车身的UG模型及相关样图,找出白车身力学建模和几何模型简化、有限单元选择及网格划分和焊接点处理等可行方法,建立了白车身有限元分析模型,为白车身的静、动态力学特性CAE分析的准确性奠定了基础。 依据优化设计基本理论,针对轿车白车身优化设计目的和意义,确定优化设计目标和设计变量,采用CAE分析软件ANSYS平台,建立了轿车白车身优化设计的解决路径。然后依据刚度、强度和模态试验方法,自行设计了白车身刚度、强度试验台,对典型白车身进行了强度、刚度和模态试验,获得了该车型白车身的静、动态力学特性。 采用白车身仿真分析与试验分析相结合的方法,提出了轿车白车身硬件在环仿真的分析方法,并设计了系统方案,运用该方法对白车身有限元模型进行硬件在环修正,从而提高了模型修正效率。 在ANSYS平台上,对典型白车身进行了结构参数灵敏度分析,其分析结果为硬件在环优化设计变量的选取提供了依据。 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。优化设计结果表明,硬件在环轿车白车身优化设计方法是可行和有效的,对具体样车白车身的分析结果提出了改进建议。


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