中国汽车工程师之家()

1、中国汽车工程师之家正在加载 . 大嘴说车新能源车技术文章培训活动 在线课堂培训需求 工程师圈车界学子福利待遇人才招聘动 力系统设计作品电动汽车混动汽车底盘系统车身系统内饰 系统汽车 NVH 汽车试验制造工艺质量控制汽车维修 guangdayou LV57-4-2015 19:06:05 楼主 一种新型轿车前舱盖结构优化分析 摘 要：本文首先对某 一款轿车前舱盖总成进行有限元分析，采用 HyperMesh/OptiStruct 对不合格项进行拓扑优化， 最后利用 MeshWorks 软件对内板加强筋进行参数化设计及分析，找 到影响前舱盖刚度的主要因素。在此基础上进行优化设计， 在提升模态刚度的同

2、时减轻了重量。关键词：前舱盖 有限元分析 拓扑优化 参数化0 概述 汽车前舱盖总成是汽车的重要组成部分，它既起到空气 导流作用，又保护发动机及周边管线配件等，还可以充分防 止冲击、腐蚀、雨水以及电干扰等不利影响，它在结构上一 般由外板和内板组成，内板起到增强刚度的作用，属于一种 骨架式结构。在设计中要求前舱盖总成模态和刚度满足实际 需要且质量最轻， 否则影响车辆的整体安全性与 NVH 性能。鉴于前舱盖总成在现代汽车设计中的重要性，本文主要 通过有限元分析方法，利用 HyperMesh 建立有限元离散模 型和前处理工作，采用有限元求解器进行计算求解。通过分 析结果对比，利用 OptiStruct

3、 与 MeshWorks 软件在不改变 前舱盖整体外形的情况下对前舱盖总成进行结构优化设计， 并运用有限元求解器对最终优化后的前舱盖进行抗凹性能 检验。1 模型概况 前舱盖总成有限元模型以钣金件为主，模型主要采用壳 单元和实体单元进行建模： 其中壳单元总共 25189 个，实体 单元 9440 个。前舱盖钣金件之间的连接主要采用 CWELD 单元、 RBE2 单元、胶单元及节点重合等，铰链销轴则采用 CBEAM 单元模拟。前舱盖总成质量为 17.5kg ，模型的材料 属性见表 1-1 ，其中前舱盖总成结构有限元模型如下图 1-1 所示。2 模型分析2.1 前舱盖的约束模态分析 主要通过约束前舱

4、盖锁以及铰链安装点处的自由度，模 拟前舱盖固定在车身上的锁止状态从而计算其约束模态，计 算结果见表 2-1 所示，其位移云图与应变能云图见图 2-1 、 2-2 所示。从分析可知第一阶约束模态较低不满足设计要求。2.2 前舱盖刚度分析刚度分析主要考察六种工况： （1）扭转刚度 1（约束前 舱盖锁）；（2）扭转刚度 2（约束缓冲块） ；（3）横向刚度； （4）内板侧梁中点处侧梁刚度； （ 5）前梁刚度； （ 6）后梁 刚度。刚度分析考察点位置如图 2-3 所示，考察不同位置点 处在不同工况与不同载荷下的抵抗变形能力。由计算结果表 2-2 可知六种刚度分析中前舱盖总成横向刚度不满足要求。3 前舱盖

5、内板结构优化分析 由上面分析可知本前舱盖总成约束模态与横向刚度均 不满足设计要求，且前舱盖总成质量较重，需要对前舱盖总 成进行优化改进。对于前舱盖总成来说，外板及铰链的形状 一般不可以改变，可以对其他组成件优化，包括其形状和材 料厚度。本文在保证前舱盖总成外板形状不变的情况下，对 前舱盖内板及加强件结构进行优化和减重设计。现实中，前 舱盖内板结构多种多样，这里仅考察内板结构优化设计对前 舱盖总成模态与刚度的提升影响，具体方法如下： 方案一：根据上面分析中的应变能分布以及实际情况， 对内板加强筋进行部分修改，如图 3-1 所示，模型质量为 16.9kg 计算结果如表 3-1 所示， 其模态分析应

6、变能云图见图 3-2 所示。由计算可知其一阶模态与横向刚度依旧不满足设 计要求，需要进一步进行优化改进。从表 3-2 计算结果可知，加强筋宽度以及 内板侧边梁宽度对前舱盖的模态及横向刚度影响较大，且影 响趋势在设定的参数化范围内并不是线性变化的。于是，对 参数化方案进行组合优化，得到最终的加强筋的尺寸设计方 案如图 3-6 所示。最终的设计方案对部分零件的料厚进行调 整优化， 最终状态的前舱盖总成质量为 15.5kg ，比原设计减 轻约 11.4% 。其模态刚度计算结果如表 3-3 所示。由表 3-3 可知，方案二在减重与模态刚度分析中结 果较为理想，其一阶模态与刚度均基本满足设计要求，且在

7、减重上比其他方案较为理想，故最终选定为设计方案。再对 方案二进行抗凹性能验证，其验证取点位置如图 3-7 所示， 其抗凹分析结果见表 3-4 所示，其抗凹性均满足强度要求， 但其抗凹性能与行人保护头部碰撞分析有待进一步研究验 证。4 结论 通过对前舱盖的优化设计分析找到了最优设计方案，该 方案可使前舱盖总成模态提高 18% ，侧向刚度提高 26% ， 前舱盖总成重量减轻 11.4% 。且优化后的前舱盖总成抗凹性 能满足设计要求。本优化方法可以对前舱盖总成设计产生积 极的指导作用，在设计初期可以大大节约新产品的设计资源， 并提升设计质量和效率。参考文献1 韩旭，朱平，余海东，等 . 基于刚度和模

8、态性能的轿车 车身轻量化研究 J. 汽车工程， 2007 ， 29(7).2李剑，蔡军 . 长安汽车轻量化探讨 . 长安科技 2001 年第7 卷第 4 期， 15-18.3 张胜兰，郑冬黎，郝琪，李楚林 . 基于 Hyperworks 的 结构优化设计技术 . M 北京，机械工业出版社， 2007.10.4 隋允康，杜家政，彭细荣编著 .MSC.Nastran 有限元动 力分析与优化设计使用教程 M. 北京：科学出版社， 2004.5 于开平，同传月，潭惠丰等 .HyperMesh 从入门到精 通。M北京，科学出版社，2005.(end)3 全部回复 只看楼主 倒序排列 Evan1031 LV1 2楼好像看过收藏下15-9-2015 15:57