车身模型及分析.doc

一.客车车身骨架结构的动力学分析 车身是客车的三大总成之一，客车车身是客车的关键总成，是其承载主体。 随着社会的发展，人们对车身结构的性能要求越来越高。如何判断车身结构的合 理性及静、动态特性的优劣，变得十分重要。车身结构必须有足够的强度以保证 其疲劳寿命;冇足够的静刚度以保证其装配和使用要求;同时应冇合理的动态特性 以控制振动与噪声。若其刚度不足，会引起车门、车窗等开口处的变形加大，还 可能造成车身发生结构共振，使乘员感到不舒适，带来噪声和零部件的疲劳损坏。 所有这些问题都会影响客车的强度、耐久性及安全性。车身结构的模态分析可以 预测车身与其它部件如悬架系统、发动机、传动系及路而之间发生动态干扰的可 能性，通过合理的结构设计可以避开共振频率。因此，刚度和模态是车身结构设 计中首先要考虑的指标。 利用冇限元法（FEM , Finite Element Method）对客车车身骨架结构进行静态 和动态分析，可获得承载特性和振动特性等评价指标，对其强度、刚度和固有振 型有充分的认识，了解车身可能会有的应力和变形情况。通过合理选择结构形式 及尺寸参数，及时改进，为结构的改进设计提供依据，使其具备良好的静动态特 性，满足使用耍求，从而缩短开发周期，节省大量的试验与生产费用，提高客车 可* ^^件o 客车车身骨架结构有限元模型的建立 由于客车车身骨架是由矩形或异性钢管组焊而成的空间钢架结构，空间关系 复杂、断面形式多样化，从车身实体到有限元模型可以采取一些简化措施： 1） 略去某些非承载构件及装饰件，如仪表板、风窗玻璃、前后保险杠等。 2） 将车身屮的各微曲梁进行直化处理，侧围和顶盖屮的一些曲率较小的构 件近似地分段组成；对变截而杆件和曲杆结构，可根据其长度用多段变截而直杆 来模拟。 3） 曲于客车车身上通常纵梁、横梁交叉联接，联接处可按照主承载性能等 效原则简化为一个节点;对于两个靠得很近而又不重合的交叉连接构件，也可以 简化为一个节点。 4） 对于空间叠交的两焊接梁，若其中心线之间的距离较大，平移其中一梁 屮心线将引起不可忽略的误差，则可于模型屮另加一个梁来连接两梁。 5） 在建模过程中即考虑载荷与约束的施加问题，某些单元节点位置与实际 载荷的作用点相对应，以提高模拟真实载荷、约束的准确度。 6） 对客车上某些截而形状不很规范的构件应进行适当的简化，因为它们的 设计不仅是考虑简单的受力，而口还要顾及其它部件的安装与使用要求。 7） 对车身前后围薄壳部分进行简化，适当增加这些部分的横向与垂直方向 梁的横截而积。 根据BY6128型客车车身的结构特点，在Patnm中建立几何模型时，采取门 底而上的建模方法，即先生成关键点、线、而，进而生成车身几何模型。采取梁 单元（bar2）与壳单元（quad4）相结合的方式，通过定义梁单元的截面属性、壳单 元的参数，可以精确的对车体模型进行仿真计算。对车身骨架的几何模型进行有 限元网格划分，得到车身骨架结构冇限元模型节点数15389个、单元数8905个, 有限元模型如图1所示： 图1车身骨架冇限元模型 客车车身骨架有限元模型的模态分析 模态分析用于确定设计屮的结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型）。 它是承受动态载荷结构设计中的重要参数，同时也可以作为其它更详细的动力学 分析的起点，例如憐态动力学分析、谐响应分析、谱分析等。 模态分析的作用主要有以下三个方而：一是使结构避免共振或按特定频率进 行振动；二是了解结构对不同类型的动力荷载的响应；三是有助于在其它动力学 分析屮估算求解控制参数，例如时间步长等。在很多场合，模态分析都起到举足 轻重的作用。 在客车车身结构的设计过程中，首先考虑的是结构的静强度和刚度，这样做 的结果难免会使车身局部结构存在不合理Z处。骨架作为客车车身结构的基础， 其振动特性的优劣对车身结构乃至整车性能都有重要的影响。当客车行驶在颠簸 路面上吋，由于各个零部件在路面激振力的作用下会产生各种形式的振动。振动 不但口J能造成客车结构的疲劳破坏，还会产生共振和噪声。当所受激振力的频率 与车身结构的某一固有频率接近时，就有可能引起结构共振，从而产生很高的动 应力，造成结构的强度破坏或产生不允许的大变形，破坏客车的性能。因此，具 有足够的刚度是车身骨架设计的基本要求，必须对客车进行模态分析。 在Nastran屮计算客车车身骨架在自由振动状态下的固有频率和振型。略去 前六阶刚体位移和局部模态，车身骨架固冇频率计算结果，询8阶整体模态见表 1,前8阶振型如图2。 表1车身骨架前8阶模态 阶数 频率/Hz 7 7. 572 8 8. 862 9 12. 11 10 15. 082 11 15. 688 12 16. 845 13 17. 763 15 19. 202 市农1可知，客车前几阶固