一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其利用HyperMesh软件进行有限元建模，再抓取车身中关键位置接头，建立接头结构有限元模型，对每个接头的连接元件进行六种工况载荷下的刚度分析，通过Nastran软件计算车身的刚度与模态；提取出关键接头中的连接件进行结构优化；针对每个优化方案进行车身的刚度与模态计算，得到最优的优化方案；再对最优优化方案中关键接头进行刚度分析，通过优化前后关键接头刚度变化大小验证优化方案的有效性，从而实现提升车声刚度与模态，且减轻车身整体重量的目的。本发明专利技术大大提高了优化结果的科学性与可靠性以及有效性，为本领域对于新能源汽车车身整体重量的轻量化解决方案提供了新思路。

An Analysis Method for Modal and Stiffness Performance of Aluminum Body Based on Body Joint

The present invention discloses an analysis method for improving the modal and stiffness performance of an aluminum body based on the body joint. The finite element model is established by using HyperMesh software. The key position joints in the body are grabbed and the finite element model of the joint structure is established. The stiffness of the connecting elements of each joint is analyzed under six working conditions, and the stiffness and the stiffness of the body are calculated by Nastran software. Take out the connectors in the key joints for structural optimization; calculate the stiffness and modal of the body for each optimization scheme, and get the optimal optimization scheme; then analyze the stiffness of the key joints in the optimal scheme, verify the effectiveness of the optimization scheme through the change of the stiffness of the key joints before and after optimization, so as to improve the acoustic stiffness and modality of the vehicle and reduce the body integrity. The purpose of weight. The invention greatly improves the scientificity, reliability and effectiveness of the optimization results, and provides a new idea for the lightweight solution of the overall weight of the new energy automobile body in the field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法
本专利技术属于汽车
，特别是涉及一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法。
技术介绍
从汽车专利技术至今，人们不断地改进及优化汽车的结构，以便达到更好的舒适性和安全性。而车身的模态和刚度分析贯穿于现代轿车车身结构设计的整个过程。车身刚度不足将会引起车身门框、窗框、发动机舱口和行李箱口等变形，导致玻璃破裂和车门卡死等现象发生。低刚度必然伴随有低的固有振动频率，易发生结构共振和声响，并削弱结构接头的连接强度。此外，还直接影响安装在其上的底盘总成的相对位置和正常工作，而且对车身结构的可靠性和耐久性、车身密封性以及车身动力特性等也会造成影响。尤其是汽车车身上T形接头与其它承载件共同形成了一个牢固的车身承载结构。接头部位对结构的系统影响较大，应当保持有足够的刚度，刚度不足，会导致局部区域出现大的变形，从而影响车的正常使用。因此，有必要提供一种新的基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其根据车身关键位置接头的刚度分析来指导车身梁架的结构优化，从而提升车身模态与刚度，且还能实现车身的轻量化，为新能源汽车的续航里程做出贡献。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其包括以下步骤，(1)设计输入：在HyperMesh软件中建立车身有限元模型；(2)关键位置的接头选取；(3)建立关键位置接头的有限元模型：自各接头处向形成接头的连接件方向均向外延伸200～300mm进行断面截取，形成对应接头的有限元模型；(4)依次对每个关键位置接头进行刚度分析：4-1)设定约束类型，所述约束类型的数量与所述关键位置接头中的断面截取数量对应，且每一种约束类型中，均只有其中一个断面未进行自由度的限定，另外其他几个断面均被固定约束，且每种约束类型中的未被约束的断面均不相同；4-2)工况模拟：设定六种工况，且针对每一种约束类型，进行六种工况下的接头刚度计算得到第一结算结果；(5)在Nastran软件中计算所述车身的扭转刚度和弯曲刚度；(6)在Nastran软件中计算所述车身的一阶扭转模态和一阶弯曲模态，(7)对车身进行减重优化设计，并提出多种优化方案；(8)针对上述优化方案计算优化后车身的扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态和一阶弯曲模态，得到第二计算结果，并根据第二计算结果比较优化前后扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态、一阶弯曲模态以及重量大小，获得最优优化方案；(9)按照步骤(2)-步骤(6)对优化方案中涉及的关键位置接头进行刚度分析，得到第三结果；(10)比较上述第一结果与第三结果，根据优化前后接头刚度的差异验证优化方案是否有效。进一步的，所述车身包括前舱边梁、位于前舱边梁下方的前下纵梁、顶边梁、位于顶边梁下方的门槛梁和后段下边梁、连接顶边梁与门槛梁的A柱和B柱、连接顶边梁与后段下边梁的C柱和D柱、以及位于车身顶部的第一横梁、第二横梁和第三横梁。进一步的，所述关键位置接头包括A柱下接头、A柱上接头、AB柱中间上接头、B柱下接头、B柱上接头、C柱下接头、C柱上接头、D柱上接头。进一步的，所述A柱上接头位于前舱边梁与顶边梁和A柱的交汇处；所述A柱下接头位于前下纵梁与门槛梁和A柱的交汇处；所述AB柱中间上接头位于顶边梁上位于A柱和B柱之间且与第一横梁的交汇处；所述B柱上接头位于顶边梁与B柱以及第二横梁的交汇处；所述B柱下接头位于门槛梁与B柱以及地板梁的交汇处；所述C柱上接头位于顶边梁与C柱的交汇处；所述C柱下接头位于后段下边梁与C柱的交汇处；所述D柱上接头位于顶边梁与D柱以及第三横梁的交汇处。进一步的，所述六种工况包括X轴向力载荷、Y轴向力载荷、Z轴向力载荷、绕X轴扭矩载荷、绕Y轴扭矩载荷以及绕Z轴扭矩载荷。进一步的，在步骤4-2)中，接头刚度的计算方法包括在Nastran软件中进行计算，并通过HyperView软件获取上述六种工况模拟情形下，各个断面对应连接件的位移；根据工况中加载的扭矩载荷和轴向力载荷大小，计算得到对应接头在对应约束类型下的刚度数据，该刚度等于扭矩载荷或轴向力载荷除以相应的位移。进一步的，所述步骤(5)中，车身的扭转刚度计算步骤包括：5-1)约束设定：对前防撞梁中心Z轴方向的自由度进行限定，对后减震器塔的X、Y、Z轴三个方向的自由度进行限定；5-2)载荷设定：在前减震器塔处施加T扭矩；5-3)在Nastran软件中得到车身的相对扭转角θ，则计算得到扭转刚度Kt，其中，进一步的，所述步骤(5)中，车身的弯曲刚度计算步骤包括：5-4)约束设定：对减震器塔中心的左前方和右前方位置的Y、Z轴方向的自由度进行限定，对减震器塔中心的左后方位置和右后方位置的X、Y、Z轴方向的自由度进行限定；5-5)载荷设定：在左门槛梁和右门槛梁的中心点处施加载荷力F；5-6)在Nastran软件中得到车身的测点Z向最大变形值dmax、前轴Z向变形值df、后轴Z向变形值dr，则计算得到弯曲刚度Kb；其中，进一步的，所述步骤(7)中的优化方法包括料厚减薄、梁截面形状改变、接头材质以及连接形式进行改变。与现有技术相比，本专利技术一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法的有益效果在于：利用了HyperMesh软件进行有限元建模，再抓取车身结构中关键位置的接头，并将接头结构提取出来建立有限元模型，对每个接头的连接元件进行六种工况载荷下的刚度分析，通过Nastran软件求解计算车身的刚度与模态；并提取出关键接头中的连接件进行结构优化，实现整车减重；通过提供多种优化方案，再针对每个优化方案进行车身的刚度与模态计算，得到最优的优化方案，再通过对最优优化方案后的对应的关键接头进行刚度分析，通过优化前后关键接头刚度变化大小最终验证优化方案的有效性，从而实现提升车声刚度与模态，且减轻车身整体重量的目的；本分析方案大大提高了优化结果的科学性与可靠性，更是提高了优化过程的有效性，为本领域对于新能源汽车车身整体重量的轻量化解决方案提供了新思路。【附图说明】图1为本专利技术实施例的步骤流程结构示意图；图2为本专利技术实施例中车身总成的侧视结构示意图；图中数字表示：1前舱边梁；2前下纵梁；3顶边梁；4门槛梁；5后段下边梁；6A柱；7B柱；8C柱；9D柱。【具体实施方式】实施例：请参照图1，本实施例为基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其包括以下步骤：(1)设计输入：在HyperMesh软件中建立车身有限元模型，车身半径均采用壳单元模拟。请参照图2，所述车身包括前舱边梁1、位于前舱边梁1下方的前下纵梁2、顶边梁3、位于顶边梁3下方的门槛梁4和后段下边梁5、连接顶边梁3与门槛梁4的A柱6和B柱7、连接顶边梁3与后段下边梁5的C柱8和D柱9、以及位于车身顶部的第一横梁、第二横梁和第三横梁(图中未标识)。(2)关键位置的接头选取：所述关键位置接头包括A柱下接头A1、A柱上接头A2、AB柱中间上接头A3、B柱下接头B1、B柱上接头B2、C柱下接头C1、C柱上接头C2、D柱上接头D2。其中，A柱上接头A2位于前舱边梁1与顶边梁3和A柱6的交汇处；A柱下接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其特征在于：其包括以下步骤，(1)设计输入：在Hyper Mesh软件中建立车身有限元模型；(2)关键位置的接头选取；(3)建立关键位置接头的有限元模型：自各接头处向形成接头的连接件方向均向外延伸200～300mm进行断面截取，形成对应接头的有限元模型；(4)依次对每个关键位置接头进行刚度分析：4‑1)设定约束类型，所述约束类型的数量与所述关键位置接头中的断面截取数量对应，且每一种约束类型中，均只有其中一个断面未进行自由度的限定，另外其他几个断面均被固定约束，且每种约束类型中的未被约束的断面均不相同；4‑2)工况模拟：设定六种工况，且针对每一种约束类型，进行六种工况下的接头刚度计算得到第一结算结果；(5)在Nastran软件中计算所述车身的扭转刚度和弯曲刚度；(6)在Nastran软件中计算所述车身的一阶扭转模态和一阶弯曲模态；(7)对车身进行减重优化设计，并提出多种优化方案；(8)针对上述优化方案计算优化后车身的扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态和一阶弯曲模态，得到第二计算结果，并根据第二计算结果比较优化前后扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态、一阶弯曲模态以及重量大小，获得最优优化方案；(9)按照步骤(2)‑步骤(6)对优化方案中涉及的关键位置接头进行刚度分析，得到第三结果；(10)比较上述第一结果与第三结果，根据优化前后接头刚度的差异验证优化方案是否有效。...

【技术特征摘要】
1.一种基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其特征在于：其包括以下步骤，(1)设计输入：在HyperMesh软件中建立车身有限元模型；(2)关键位置的接头选取；(3)建立关键位置接头的有限元模型：自各接头处向形成接头的连接件方向均向外延伸200～300mm进行断面截取，形成对应接头的有限元模型；(4)依次对每个关键位置接头进行刚度分析：4-1)设定约束类型，所述约束类型的数量与所述关键位置接头中的断面截取数量对应，且每一种约束类型中，均只有其中一个断面未进行自由度的限定，另外其他几个断面均被固定约束，且每种约束类型中的未被约束的断面均不相同；4-2)工况模拟：设定六种工况，且针对每一种约束类型，进行六种工况下的接头刚度计算得到第一结算结果；(5)在Nastran软件中计算所述车身的扭转刚度和弯曲刚度；(6)在Nastran软件中计算所述车身的一阶扭转模态和一阶弯曲模态；(7)对车身进行减重优化设计，并提出多种优化方案；(8)针对上述优化方案计算优化后车身的扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态和一阶弯曲模态，得到第二计算结果，并根据第二计算结果比较优化前后扭转刚度、弯曲刚度、一阶扭转模态、一阶弯曲模态以及重量大小，获得最优优化方案；(9)按照步骤(2)-步骤(6)对优化方案中涉及的关键位置接头进行刚度分析，得到第三结果；(10)比较上述第一结果与第三结果，根据优化前后接头刚度的差异验证优化方案是否有效。2.如权利要求1所述的基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其特征在于：所述车身包括前舱边梁、位于前舱边梁下方的前下纵梁、顶边梁、位于顶边梁下方的门槛梁和后段下边梁、连接顶边梁与门槛梁的A柱和B柱、连接顶边梁与后段下边梁的C柱和D柱、以及位于车身顶部的第一横梁、第二横梁和第三横梁。3.如权利要求1所述的基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其特征在于：所述关键位置接头包括A柱下接头、A柱上接头、AB柱中间上接头、B柱下接头、B柱上接头、C柱下接头、C柱上接头、D柱上接头。4.如权利要求3所述的基于车身接头提升铝车身模态和刚度性能的分析方法，其特征在于：所述A柱上接头位于前舱边梁与顶边梁和A柱的交汇处；所述A柱下接头位于前下纵梁与门槛梁和A柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：宿佳敏，王若满，孙营，舒增聪，田永义，
申请(专利权)人：苏州奥杰汽车工业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32