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《考虑冲压残余应力和厚度变化的车身结构模态分析与优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、振动与冲击第29卷第3期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo.l29No.32010考虑冲压残余应力和厚度变化的车身结构模态分析与优化廖代辉,成艾国,谢慧超(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082)摘要:车身零件冲压成形过程中产生的残余应力和厚度变化对其结构模态和固有频率具有重要的影响,而目前常用的有限元模态分析方法中,常常忽略了成形因素所带来的影响,导致分析结果与实际情况不相符。采用有限元网格映射算法,在车身结构模态分析中引入成形信息,并将成形残余应力作为预应力施加,研究成形因素对车身结构
2、模态和固有频率的影响。研究结果表明,考虑成形比未考虑成形影响的模态分析结果更接近实验结果。最后,进行了基于成形因素的车身结构灵敏度分析与优化。关键词:冲压成形;残余应力;模态分析;灵敏度分析;结构优化中图分类号:TP391文献标识码:A随着人们生活水平的提高,汽车用户对汽车产品的使用性能也提出了越来越高的要求。其中的白车身结构弯曲、扭转刚度和固有模态频率等基本力学性能要求是车身结构首先应该满足的使用性能要求之一。白车身结构固有模态是指白车身结构固有振动特性,包括固有频率和振型。车身模态频率是用来衡量白车身动态刚度。车辆行驶过程中,车
3、身结构在各种振动源的激励下产生振动,如发动机引起的振动、路面不平图1映射流程示意图引起的振动、高速行驶时风力引起的振动等。或许这映射到后续的结构强度以及模态分析仿真有限元模些振动源本身的激振力并不足以造成破坏,但如果车型中。身某部分固有频率与这些振动源的激励频率非常接在引入冲压残余应力应变时,根据已知的应力应近,便会发生共振现象而导致破坏和噪声。为此,白车变分布结果,编写能描述残余应力应变和单元厚度分[1,2]身结构的固有频率必须避开各种振源的激励频率。布和大小的初始文件。在进行模态分析、强度、模态等零件在成形过程中产生的残余应力及
4、其厚度减薄结构分析中,通过FORTRAN编写的接口程序,用相应等因素对于结构模态和固有频率具有不容忽视的影的卡片来指定、列表和删除残余应力应变以及单元厚[3,4]响,但目前在车身结构模态分析中建立的有限元模度信息,并把初应力指定为一种荷载,这种荷载可用于型都是直接由CAD模型进行网格划分,并未考虑零件静态、动态和完全瞬态分析中,分析可以是线性或非线生产制造过程所带来的影响。因此,有必要通过有限性,同时将冲压后的塑性应变和单元厚度作为单元中元方法引入成形残余应力及厚度减薄等因素并研究其心沿厚向积分点的初应变和初始厚度,这些初始信息对构
5、件固有频率的影响,为提高有限元模态分析精度都只能在分析的第一荷载步中施加。提供重要参考。2冲压残余应力和厚度变化对结构固有频率1有限元网格映射算法的影响研究在模态分析中考虑成形因素的影响,最关键的环在有限元分析中,具有n自由度无阻尼系统的振节就是如何将冲压变形后产生的残余应力、厚度变化动微分方程有解的条件为:等信息映射到模态有限元分析模型中。本文采用的有([K]-X2[M])[C]=0(1)限元网格映射流程如图1所示。利用虚功原理,可以推出单元刚度矩阵的表首先对零件进行冲压仿真计算,并利用网格映射[4]达式:技术,将相应的厚度分布、
6、塑性应变、残余应力等信息eTK=QBDBdV(2)Ve基金项目:/十一五0国家科技支撑计划(2006BAF02A02-03)式中:B为应变矩阵,D为弹性矩阵,V为单元收稿日期:2008-11-03修改稿收到日期:2009-05-07体积。第一作者廖代辉女,博士生,1978年12月生四节点矩形壳单元的刚度矩阵由平面刚度矩阵和通讯作者成艾国男,教授,1972年生平板弯曲刚度矩阵按节点自由度位置叠加起来,其单第3期廖代辉等:考虑冲压残余应力和厚度变化的车身结构模态分析与优化31元刚度矩阵与厚度的关系可表示为:量结果只是针对某一测量点而言,
7、而且常常受到材料eeee3e[7,8]K=Kp+Kb=EhKpc+EhKbc(3)类型的限制。e[9,10]式中:Kp是24@24矩阵,由平面刚度矩阵转化到已有研究结果表明,可以通过数值模拟方法e整体坐标而成。Kb是24@24矩阵,由弯曲刚度矩阵转分别进行加载和回弹应力应变分析,并将两者应力场化到整体坐标而成。E为材料弹性常数,h为单元厚进行叠加,得到残余应力和厚度分布。采用基于塑性ee度,Kpc和Kbc为刚度矩阵中与E和h无关的部分。流动理论的显-隐式结合的增量有限元方法能够较为矩形壳单元的质量矩阵与厚度的关系如下:精确地进行冲压
8、件残余应力应变及厚度分布的预示。eeQAchMc以汽车顶盖为例,研究冲压残余应力和厚度变化M=(4)3对结构固有频率仿真分析结果的影响。首先对顶盖的e式中:Q为材料密度;Ac为单元表面积;Mc是24残余应力、应变以及厚度分布进行仿真求
