车身结构分析

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1、万方数据2008年(第30卷)第12期汽车工程AutomotiveEngineering2008(V01．30)No．122008244大客车车身结构动力学建模与随机响应分析张扬，桂良进，范子杰(清华大学汽车安全与节能国家重点实验室。北京100084)[摘要]建立了某型全承载式车身结构大客车包括蒙皮和固定玻璃在内的完整的动力学有限元模型，合理地模拟了该车使用的空气弹簧悬架，通过与理论模型求解结果对比，验证了模型的正确性。运用结构动力学的频域求解方法，在模态分析、频率响应分析的基础上，进行了大客车整车结构的动应力随机响应分析。关键词：客车

2、车身；动力学建模；随机响应；有限元分析DynamicsModelingandRandomResponseAnalysisforBusBodyStructureZhangYang．GuiLiangjin&FanZijie乃讯咖mUrdwrsity，StateKeyLaboratoryofAutomotiveSafetyandEnergy，眈洳增100084[Abstract]Adynamicsfiniteelementmodelforthecompletebodystructureofabuswithmonocoquecon-struct

3、ionisestablishedwithrationalmodelingonouterskinpanel，windowglass，andairsuspensions．Themodelisverifiedthroughcomparingtheresultsofmodalanalysiswithsimplifiedtwo—axles4DOFsmodel．Thenarandomre-sponseanalysisondynamicstressinthecompletebodystructureofbusisconductedinfrequenc

4、ydomainbasedonmodalanalysisandfrequencyresponseanalysis．Keywords：busbody；dynamicsmodeling；randomresponse；FEA前言大型客车在行驶过程中总是处于动态工况下，受到路面不平等随机激励的作用，仅仅通过静力学分析并不能够真实反映客车在行驶工况下的受力状况。针对车身结构的动力学有限元分析是预测结构动应力的有效方法，但如何准确建立整车的动力学模型，并进行有效的求解，成为研究中的关键。动应力响应分析主要有时域分析和频域分析2种方法。时域动应力分析方

5、法主要有多刚体系统动力学结合拟静态有限元分析方法以及柔性多体系统动力学方法¨1。时域方法能够进行线性或非线性问题的模拟分析，但其计算效率较低。对于车身结构这样大规模的有限元模型，通常受到求解规模、计算时间和存储容量的限制而难以实现。频域分析一般先求解结构的频率响应，然后根据输人的功率谱密度，采用线性叠加原理求解动应力功率谱密度。虽然其只能够处理线性系统问题，需要对结构进行适当的简化假设，但大大降低了计算量。已经有不少学者采用频域分析方法成功地进行了相关车辆动应力的计算口一j。然而对于完整大客车结构的动应力随机响应有限元分析，目前还没有见

6、到相关文献。针对某型全承载式车身结构大客车，文中建立了该车包括蒙皮和固定玻璃在内的完整的动力学有限元模型，运用频域分析方法，进行了大客车结构动应力随机响应分析。1结构动力学有限元建模1．1骨架结构建模全承载式大客车车身骨架主要由各种型号的薄壁管件焊接而成。为了获得结构准确的应力结果，采用边长20mm的壳单元进行建模。车身骨架的连接主要采用Nastran提供的焊点单元CWELD模拟缝焊、塞焊。原稿收到日期为2008年1月9日，修改稿收到日期为2008年4月7日。万方数据·1092·汽车工程2008年(第30卷)第12期1．2蒙皮和固定玻璃

7、建模相关研究表明，蒙皮和固定玻璃对客车车身结构的动力学特性有显著的影响H]，因此在动力学分析中必须要考虑蒙皮和固定玻璃结构。由于分析中并不关心蒙皮和固定玻璃的应力，因此采用较大边长的网格对其进行划分。实际生产中，顶、侧钢蒙皮采用塞焊和点焊的方式与骨架连接，有限元模型中采用焊点单元模拟，焊点间距与生产工艺一致。前后风窗玻璃、侧窗玻璃等固定玻璃与骨架之间，采用高强度结构胶粘接。建模时采用间断的焊点单元模拟粘接，通过调整焊点单元的材料属性，保证连接的刚度与粘接一致。前后围玻璃钢蒙皮，采用铆接和高强度结构胶粘接的方式与前后围骨架连接。建模时，采

8、用与上面类似的方法，用交错的焊点单元模拟高强度结构胶的粘接。，1．3空气弹簧悬架建模客车采用空气弹簧悬架，前悬架为独立双横臂空气悬架，膜式空气弹簧，后悬架为双纵臂四连杆空气悬架，膜式空气弹簧。空气弹簧通过高