车身有限元模态分析与试验模态分析比较

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1、2002年MSC.Software中国用户论文集车身有限元模态分析与试验模态分析比较ComparisonoftheFEMModalAnalysisandTestModalAnalysisforBodyofMini-Truck周定陆(长安汽车公司技术中心汽车工程设计所)摘要:本文利用MSC.Nastran有限元分析软件和MSC.Patran前后处理软件，微型货车车身进行了FEA建模，并进行了车身模态的理论计算分析，理论模态分析结果与试验模态分析结果进行了对比，对比结果证明了理论分析和试验分析的一致性非常好，这说明了此部分的分析工作完全可以利用计算机来

2、代替试验室的大量同类试验工作，并且可以在还没有设计样车的设计过程中进行。关键词：汽车、车身、模态分析Abstract:Inthispaper,aFEAmodelofamini-truckwasestablishedandtheFEMmodalfrequenciesofBIWwasanalyzedbyauthorwithMSC.NastrananalyzingsoftwareandMSC.Patranpre/postprocessingsoftware.Comparedresultsofcalculatingandtestingmodalanalys

3、is.Itisprovedthatcalculatingandtestingresultsalmostisthesame.Thismeanscalculatingmodalanalysisincomputercanreplacetestingmodalanalysisinlaboratoryanddoingitwithoutdesignprototypeofamini-truck.Keyword:Automobile/Bodyinwhite/Modalanalysis1前言在汽车产品设计中，预先掌握所设计产品的动态特性，从动态角度对产品进行设计，使

4、所设计的产品满足动态要求，是非常重要的。获得产品结构的固有振动频率和振型，可以从两个方面得到，一种方法是通过对实际样车进行试验，识别出结构的各阶模态频率和振型，另一种方法是通过理论分析计算，分析计算出结构的各阶模态和振型。试验方法的局限性是必须在设计样车制造出来之后，才能进行试验分析，通过对实际样车的试验分析，得出产品的基本动态特性，再返回去修改设计，通过几轮样车制造和大量的试验分析，最终也能得到一个较为满意的产品，但周期长费用高。理论计算分析方法可以在没有实际样车而只有设计结构的情况下，得出所设计产品的各阶模态，预测出产品的动态特性，从而能减少样

5、车的制造次数与试验次数，节省开发费用和缩短开发周期。由于汽车车身结构是一个非常复杂的板壳结构，不可能应用简单的力学公式直接计算，而必须把其结构离散化，利用有限元方法的计算分析，才能得出结果分析结果。本文利用有限元方法，采用MSC.Patran软件离散并建立了微型货车车身（以下称为白车身）的有限元模型，利用MSC.Nastran求解该模型，得出了白车身的各阶自由振动频率和振型，并和试验模态进行了对比。2几何模型和有限元模型2002年MSC.Software中国用户论文集2.1几何模型在建立白车身的几何模型时，直接利用CAD的设计数据，并根据FEM计算

6、的需要和要求，进行必要的简化之后而得到。由于车身CAD设计的特点，在部分零件的3D数据之间，存在用于让位的料缝缝隙，对于料缝缝隙，进行了几何上的协调。建立几何模型时，忽略车身上用于装配其他部件的螺钉、螺母、零件中面与面之间的较小的倒圆和倒棱以及对力学结构影响较小的一些冲压筋、孔和一些工艺结构，忽略车身中非重要结构的小零件。对重要零件进行简化时，尽量保持和原始CAD设计的结构一致，在结构上简化较少，以便真实反映零件的结构特征。由于车身在结构上是由多个零件组成的，在建立几何模型时，根据零件名称建立零件组，每一个组中放一个零件。经过简化和进行合理的省略之

7、后，该白车身由45个对称零件，21个非对称零件和7根钢管横梁，总计118个零件经焊接组装而成。因此在建立几何模型时，划分了70个零件组来分别存放这118个零件，得到零件独立的几何模型。2.2有限元模型由于微型汽车车身主要是由钣金冲压件和等半径等厚度的钢管横梁经过点焊和CO2保护焊焊接后组成，因此用壳体单元Quard4和部分Tria3来模拟车身零件的薄板钣金结构和横梁的钢管结构。在建立车身的几何模型时，需要点焊的地方，加上硬点，点焊焊点采用两种方式处理：①几何上完全协调，消除了料缝的地方，使两个零件相同位置硬点处的两个节点同节点化，使之连为一体；②部

8、分有料缝的地方，采用MPC连接两个硬点处的节点。CO2保护焊缝用MPC连接相应位置处的节点来模拟CO2焊缝。完成后的有限元