轻型越野汽车非承载车身抗扭特性研究

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1、轻型越野汽车非承载车身抗扭特性研究第1章绪论1.1选题背景及意义纵观汽车诞生以来一百多年的历史，人们总是通过日趋发展的科学技术来不断改进汽车的性能、结构、造型等方面，现代科技技术与传统机械工业很好地融合在汽车产品上。自从上世纪70年代开始，汽车进入了一个多元化发展的时代，汽车出现在人们视野中的频率越来越高，不断提高的用户要求推动着汽车的更新换代[1]。汽车工业在中国经过了六十年的发展，经历了一个艰苦卓越的过程，正向着汽车强国的路上迈进。2013年，中国的汽车产量和销量均2000万辆，连续五年荣获世界第

2、一，其中，运动型多用途汽车（SUV）增长势头依然迅猛，该类型乘用车完成销量298.88万辆，相比于2012年增长了49.4%。对于各大汽车厂商而言，竞争激烈的中国汽车市场争夺战进入白热化阶段，强有力的技术后盾是这场争夺战的关键，将CAD和CAE技术用于新产品的研发来缩短整车产品的开发周期和降低开发费用是各大车企保持其产品竞争力的主要方法，合理的产品设计以及质量口碑是提升其知名度的关键。整车的动力性、经济性以及乘坐舒适性等方面会受到汽车车身结构的直接影响，合理且美观的车身结构设计会给消费者留下深刻的印象

3、，这往往会影响到消费者的购买意愿，因此，在汽车的整体结构中，无论是从重量或成本的方面来说，车身都占据着举足轻重的地方。纵观国内外汽车的生产过程，我们可以从中得到以下结论：制约发展整车的生产能力的主要因素是车身的生产能力；汽车产品的更新换代，在很大程度上也取决于车身；汽车工业发展至今日，其产品种类已经达到饱和的状况，此时，在改装或改型方面较为容易的车身是打开销路的重要途径。上述足以表明，在汽车工业快速发展的今天，车身是汽车各主要总成的重中之重[2]。..1.2车身结构分析的国内外研究现状在现代汽车结构分

4、析中，将车身和车架作为结构分析的起点，以经验判断结合试验模拟作为基础，同时将应用经典力学的理论用于早期的汽车结构分析中，通过相关方法对车身结构各零部件进行强度和刚度的分析计算。然而，对于车身结构这样的连续弹性体而言，其具有大型而复杂的特点，故而，这种计算方法的工作量显得非常庞大，而且不具有通用性。1966年，世界上最早的汽车安全标准诞生于美国，美国汽车工业部门提出并先后颁布了《公路安全法案》以及《国家交通与汽车安全法案》[3]，这些安全标准的颁布促使汽车安全得到了各大汽车厂商的重视。伴随着最早的有限元

5、结构分析软件Nastran的问世，有限元法从20世纪70年代在汽车结构分析中逐渐显示其强大的能力，越来越多的汽车厂商和科研机构开始采用有限元技术来分析车身结构的静动态特性[4]，自此，汽车结构设计与分析的革命开始了。根据相关资料，在国外，1974年就有将有限元法运用于汽车结构进行静动态分析的报道；1977年，以有限元法为基础的汽车碰撞模量以及静动态分析被美国通用汽车公司所运用，同时利用实验对比验证[5]。早期的汽车结构分析中，有限元分析主要是用于白车身最初的设计阶段，受限于当时的计算机水平，白车身的有

6、限元结构模型一般以梁单元为主。伴随计算机水平的持续进步以及分析方法和试验条件的不断完善和提高，应用有限元法可以十分精确地分析汽车结构的静动态特性、碰撞特性以及NVH特性等。..第2章轻型越野汽车有限元分析理论与建模2.1有限元法的理论基础在线弹性范围内，汽车车身结构有限元分析中的静态刚度、强度的仿真计算隶属静力学问题，而模态分析则隶属动力学问题。有限元法的基本思想就是离散，也就是通过离散而成的有限个单元集合组成连续的求解区域，而集合内的有限个单元通过公用的节点相连接[36]。有限元法的基础是离散化，在

7、实际的有限元法工程运用中需要选用合理的单元的类型、数目等参数，这些参数的选用必须同所要分析的结构相符。合理的单元参数选择是一个有限元分析能够达到预期的保证，通过控制有限元模型的规模来确保计算的速度，以缩短计算所需的时间并降低成本，同时也能够确保有限元模型的计算准度[37-38]。在有限元法中，加权余量法通常作为一般化理论基础，而弹性连续体的理论基础是变分原理。变分原理最常用的有三种形式，分别是最小余能、最小势能以及混合变分原理，最小势能原理将单元内位移当作基本未知量，这需要假定该位移场的函数形式，这种

8、的分析方法定义为位移法。在工程应用中，结构静态力学分析通常采用位移法，也就是采用最小势能原理。.2.2有限元法的特点有限元法作为新兴的数值计算方法，同比于传统的计算方法，它包含以下特点[40]：（1）将结构模型离散成有限数量的单元集合，通过节点连接毗邻的单元，同时采用节点位移来表述单元内部的各种位移形式，从而获得单元的应力与变形。（2）由于有限元法所涉及的概念非常清晰，故而能够比较容易的被工程技术人员所接受和理解。相比于传统力学，有限元法简化了计算过程，