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随着计算机技术和数值分析计算方法的发展,以有限元方法为主的计算机辅助工程(Computer Aided Engineer)和计算机辅助设计(Computer Aided Design)的密切融合改变了传统的车身设计方法,摒弃了传统的先样车后试车的设计流程,形成了以有限元分析、优化设计为中心的现代新车设计研发新阶段。以CAE技术为基础的CAD/CAE/CAM相结合的数字化设计开发手段,已经成为衡量汽车车身设计水平的重要标志。
本文在调研国内外相关研究的基础上,以某国产客车车身结构为研究对象,在如实反应车身结构主要力学特性的前提下,对白车身结构的三维几何模型进行了适当的简化,通过HyperMesh建立了该车的有限元模型。就建模过程中出现的一些问题进行了相关的总结,如单元类型的选取,焊点的处理等。在有限元模型的基础上,对车身结构进行自由模态和静态刚度分析以验证车身结构设计的合理性,并对存在的问题提出了相关的解决措施。
在对车身结构的静动态性能分析与研究的基础上,引入广义的灵敏度分析方法,在综合考虑白车身各项总体性能指标的条件下,计算白车身各部位结构件厚度对车身性能参数的灵敏度,通过分析比较得到了对白车身性能指标敏感的构件,掌握了不同结构件对车身性能指标的贡献度,选择对车身性能指标较为敏感的零件作为优化设计的设计变量,对其进行尺寸优化,实现车身的轻量化设计。
本文应用有限元法对客车车身结构进行静、动态性能分析及结构优化,使设计人员在设计阶段就对车身模态、刚度等性能有充分认识,了解车身可能出现应力和变形情况,对不足之处加以设计改进,从而提高设计效率,缩短设计开发周期,节省大量试验和生产费用,提高客车的可靠性,体现了CAE技术在车身设计中的优势。文中所做研究对其他车型的开发设计和改进设计也具有一定的参考价值。