基于Pro_E_HyperMesh的客车车身骨架的有限元建模

http ：∥ZZHD．chinajournal．net．cnE-mail ：ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化》作者简介：刚灵（1986—），女，黑龙江佳木斯人，南京航空航天大学硕士研究生，研究方向为机械设计及理论。

基于Pro /E ，HyperMesh 的客车车身骨架的有限元建模刚灵，尹明德（南京航空航天大学，江苏南京210016）摘要：应用Pro /E 的参数化几何建模功能与HyperMesh 强大的有限元前处理功能提出了快速建立车身骨架有限元模型的方法。

对某一车型介绍了其车身骨架的有限元模型的建立过程，为其他各类汽车骨架的有限元模型建立提供了参考。

关键词：Pro /E ；HyperMesh ；车身；有限元；建模中图分类号：TH12；TB115文献标志码：B文章编号：1671-5276（2010）04-0088-03Passenger Car Body Skeleton Finite Element Modeling Based on Pro /E ，HyperMeshGANG Ling ，YIN Ming-de（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，Nanjing 210016，China ）Abstract ：This paper introduces the method that the parametric geometric modeling capabilities of Pro /E and powerful finite elementpre-processing capabilities of HyperMesh are used to quickly build the car body skeleton finite element model and illustrates the es-tablishing process of finite element model for a passenger car body skeleton．This method provides a reference for other types of ve-hicle finite element modeling．Key words ：Pro /E ；HyperMesh ；car body ；finite element ；modeling0引言随着计算机技术的快速发展，国外许多大汽车公司建立了高性能的车身计算机辅助工程系统，形成了完整的设计、分析方法与试验程序。

新车型的开发周期己经缩短到24 36个月，这与采用现代车身结构设计方法是分不开的。

现代车身结构设计由原来的经验、类比、静态设计，向建模，静动态分析、动态优化及虚拟现实设计转变。

应用Pro /E 软件的几何建模功能与HyperMesh 软件的有限元建模功能，根据某一款已存在的客车车型尺寸，提出了快速创建新车型的方法，适用于新车型尺寸的确定。

1车身几何建模1．1已存在车型尺寸与结构已存在客车车型骨架结构由六大总成组成：顶架（roof ），底架（under frame ），左右侧围（left side and right side ），前围（front frame ），后围（rear frame ）。

每一部分多由直管组成，车窗处杆件有轻微曲率，前围有一些大曲率弯管。

根据已存在车型尺寸，用Pro /E 软件建立车身骨架各个构件。

表1为此种车型所包含的钢管尺寸。

表1材料尺寸规格管类方管矩形管异型管槽钢圆管管形图尺寸/mm40ˑ40ˑ1．530ˑ30ˑ1．520ˑ20ˑ1．560ˑ40ˑ3．060ˑ40ˑ1．560ˑ30ˑ1．540ˑ30ˑ1．540ˑ20ˑ1．530ˑ20ˑ1．560ˑ40ˑ30ˑ10ˑ1．5184ˑ69ˑ580ˑ666ˑ6·88·Mac hineBuildingA utomation ，A ug 2010，39（4）：88 90各部分总成包含的构件尺寸规格如表2。

表2各部分总成构件尺寸规格mm结构尺寸规格Roof60ˑ30ˑ3．030ˑ30ˑ1．5Under frame40ˑ40ˑ1．530ˑ30ˑ1．560ˑ40ˑ3．060ˑ40ˑ1．540ˑ30ˑ1．540ˑ20ˑ1．5Left side and right side60ˑ40ˑ30ˑ10ˑ1．560ˑ30ˑ1．560ˑ40ˑ3．060ˑ30ˑ1．5Front frame 60ˑ40ˑ3030ˑ30ˑ1．5Rear frame 30ˑ30ˑ1．5Other components30ˑ20ˑ1．52．2整车骨架几何模型的建立用Pro /E 软件建立整车几何模型。

在整车构件存储目录下建立7个文件夹，名字分别为roof ，under frame ，left side ，right side ，front frame ，rear frame ，other compo-nents 分别存储6大总成各部分构件及其余加固或辅助性构件。

以便于后续工作进行有限元模型编辑与修改。

根据前面所述尺寸，在Pro /E 中建立各模块模型如图1，按实际装配顺序（底架→侧围→后围→顶架→前围）将整车六大总成进行装配，形成整车PRT．装配文件。

图1整车骨架Pro /E 模型3车身有限元建模3．1软件接口与文件转换在Pro /E 中将整车．PRT 模型输出为．IGES 格式，打开HyperMesh 软件，按路径file →import →geometry →iges 读取整车IGES 文件。

3．2抽取中面与构件连接处理在HyperMesh 中建立7个collector ，collector 的类型设为component ，名字分别取为roof ，under frame ，left side ，right side ，front frame ，rear frame ，other components 用于存放后续工作中对相应各组件抽取的中面。

在HyperMesh 几何（geom ）编辑面板上，应用midsur-face 命令，分别对六大总成组件抽取中面，将抽取的中面存放于上述定义的相应的component 中。

由于客车构件较多，各构件的连接方式多采用焊接、铆接或螺栓连接处理。

对于客车初选方案来说，首先从整体上考察应力集中的地方，因此对各构件连接处的失效可以暂时不予考虑。

于是可以将各杆件看成整体结构。

采用surface edit 命令下的子命令extend ，将相互连接的构件，将指定surfs 延伸到destination surf 。

图2为3个构件连接处的处理图例，其中黄色部分为经过extend surf 处理后的状态，红色部分为未处理状态。

图2构件连接处理上图中红、黄、绿线各含义参见表3。

表3HyperMesh 中的线类型名称描述Free一个自由边（显示颜色为红色）是一个面边，它属于一个单个的面，而此面在公差范围内没有其他的面与之并列Shared一个公共边（显示颜色为绿色）是一个由两个面共享的面边。

在自动划分网格时，节点将布置在这条边上，并且在划分相邻的面时被识别。

一个公共边不能转变为一个自由边Suppressed被抑制的边（显示为蓝色间隔点）是一个面内部的边。

被抑制的边允许网格越过或覆盖这些边界、没有节点布置在被抑制的边上。

一个被抑制的边可以转化为一个公共边Non_manifold /duplicate这些边（显示为黄色）被多于两个的面共享。

这些边通常指出一个失败的或非常小的面，一个完整或部分重合的面。

非公共的边可以通过删除一个有关的面而转变为公共边（编者注：因黑白印刷无法区分不同颜色含义，如需用者可与作者联系。

）·98·http ：∥ZZHD．chinajournal．net．cnE-mail ：ZZHD@chainajournal．net．cn 《机械制造与自动化》3．3单元选择与网格划分客车骨架构件较多，而且模型庞大，与梁单元相比，壳单元精度较高，与实体单元相比，壳单元建模与计算时间相对较短，单元选择为壳单元shell63。

杆件截面尺寸最大为60mm ，最小为20mm ，为了后续计算避免壳单元特性失真，可选择划分网格大小为30mm 的四边形与三角形混合（mixed ）的单元类型。

网格划分采用模块管理模式。

下面以顶架为例，说明网格划分过程。

首先，在HyperMesh 中只显示roof 实体，如图3所示。

应用midsurface 命令进行roof 全部构件的中面抽取，然后按前述所示将各构件连接处进行extend surf 处理，处理结果如图4所示。

图3导入HyperMesh 后的roof实体图4抽取中面并进行extend surf 处理的roof六大总成全部进行上述处理后，建立6个属性为component 的collector ，分别用于存储六大总成部件中面所划分的单元。

六大总成部件间的连接处理可以采用上述（midsur-face →extend surf →mesh ）方法，也可以用beam 单元模拟焊点［1］。

本文全部采用前种方法，若用后种方法，建议建立一个属性为component 的collector 用于存储beam 单元，并根据焊点硬度特性设置好刚度值。

3．4单元归类与赋值将车身中具有相同属性的单元放到同一个collector中，因此同一个总成部件的单元要根据其单元参数不同而放到不同的component 中，以方便具有相同属性及参数的单元赋值，更改与管理。

这里可以采用HyperMesh 中的organize 选项，进行单元在不同的component 间的移动，以达到相同单元归在同一个component 下的目的。

4结论用上述方法建立的车身有限元模型如图5所示。

图5车身有限元模型5总结通过以上方法建模可以得出以下结论：1）Pro /E 与HyperMesh 软件结合应用可有效的用于车身有限元模型的快速创建；2）应用HyperMesh 的collector 的管理模式，可有效的用于车身构件单元属性的管理；3）以整体性构件代替焊点模拟以查看非焊点处应力，为车身初步设计的应力检查提供了方法指导。

参考文献：［1］高书娜，邓兆祥，胡玉梅．车身点焊连接有限元模拟方法研究［J ］．汽车工程，2008，30（9）．［2］冯国胜．客车车身结构的有限元分析［J ］．机械工程学报，1999，35（1）：91-94．［3］吴利军，王海花，冯国胜．HB6790型客车车身及车架的有限元分析［J ］．石家庄铁道学院学报，2002，15（4）．［4］周建兴，马力，邓亚东，等．大客车车身骨架有限元建模方法分析［J ］．客车技术，2004（04）：23-26．收稿日期：權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權權2009－11－30欢迎投稿欢迎刊登广告欢迎订阅·09·。