关键词：HyperWorks 扭转刚度 一阶扭转模态 焊点模拟 车身结构

Abstract: The torsion stiffness and first torsion mode have a tremendous influence on the performance of the car-body, so it is important to meet the requirements of the stiffness and mode in initial car-body structure design. The effects of various structural parts on the stiffness of car-body are studied systematically for achieving successful analysis. In this paper, spot simulation and various structural parts which influence the torsion stiffness and first torsion mode were studied using HyperWorks software.

Key word: HyperWorks，torsion stiffness，1st torsion mode，spot simulation，body structure

 

1 前言

        

       汽车现代轿车车身大多采用全承载车身，这种车身没有像客车车身那样具有明显的骨架结构，而是由许多不同形状和不同厚度的薄壁板壳零件焊合而成，这种结构为了满足结构设计轻量化的要求，使车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，因此，轿车车身的刚度及模态特性具有举足轻重的作用。满足刚度要求的车身结构一般也能满足强度要求，汽车的车身刚度和低阶扭转模态参数已成为产品定型的关键指标。其中焊点的模拟及车身某些结构对于白车身的刚度及模态特性有很大影响。

       文章在建立某轿车白车身有限元模型的基础上，主要从焊点的模拟，车身某些结构，例如：前后风挡玻璃，前后防撞梁，摇篮入手，分析其对于白车身的静态扭转刚度及一阶扭转模态的影响。

 

2轿车白车身有限元模型的建立

3 工况定义

 

       模态分析：本分析主要关注一阶扭转模态，且该车的一阶扭转模态小于45Hz，考虑到计算时间的问题，分析频率定义在0-48Hz，采用Lanczos法进行实特征值提取。

 

4 扭转刚度及一阶扭转模态影响因素分析

 

        本文从焊点类型及前后风挡玻璃，前后防撞梁，摇篮这几个因素的影响进行分析。

 

4.1焊点对一阶扭转模态及扭转刚度的影响

 

       焊点的模拟较为困难,选择不同的焊点单元会得到不同的仿真结果，HyperWorks中的焊点类型很多，常用的焊点模拟类型有RBE2、RBAR、CWELD、ACM，对于该类型的焊点本文列出了其差异，如下表1所示。从该表可以看出，ACM仿真结果接近试验的结果，CWELD次之，说明ACM与CWELD模拟精度要高于BRE2和CBAR单元，ACM与CWELD的连接刚度比BRE2和CBAR高。

                                                         表1 采用不同的点焊结果与试验值对比

PSA推荐的标准是以20X20mm网格来建立BIW的NVH、刚度计算模型，该标准建立的车身模型结果与试验值相当。由之前的研究可知，20mm*20mm的车身网格加上ACM焊点与PSA的模型对标性好，本文采用ACM焊点用于计算，由于本次用于计算的模型是5mm*5mm的网格，为了使用该网格模型得到与20mm*20mm的网格比较接近的值，本文保持焊点的拉伸刚度不变，对ACM焊点进行焊核直径放大4倍、弹性模量缩小1/16的处理，从表2可以看到，这样处理后的模态计算结果与20mm网格模型的水平比较接近，其差异是由ACM焊点RBE3连接区域引起。由表2也可看出，焊点直径对BIW一阶整体扭转模态频率的贡献要大于焊点的弹性模量的贡献。

                                                       

                                                        表2对ACM焊点进行处理后的结果

 

                                                      

                                                      表3 摇篮对一阶扭转模态及扭转刚度的影响

 

                                              表4 前后风挡玻璃对一阶扭转模态及扭转刚度的影响

 

 

5总结

 

      本文充分利用HyperWorks强大的前后处理功能，对某轿车一阶扭转模态及扭转刚度的影响因素分析进行了分析，结论如下：

1) 采用5mm*5mm的网格，为了使该网格模型得到与20mm*20mm的网格比较接近的值，只需保持焊点的拉伸刚度不变，对ACM焊点的焊核直径及弹性模量进行处理，可得到满足工程要求的结果。

2) 副车架对一阶扭转模态的影响较扭转刚度大。

3) 取消前后防撞梁后，一阶扭转模态均得到提高，且取消前防撞梁对扭转刚度有影响，取消后防撞梁对扭转刚度几乎没有影响。

4) 取消前后风挡玻璃对一阶扭转模态及扭转刚度影响最大，且对扭转刚度的影响最显著。