车架CAE模态分析过程
基于有限元的白车身模态刚度CAE分析及其优化
摘要汽车工业发展到今天，汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一，特别是轿车车身，它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。
近几十年来，人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高；由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争，又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本，因而引发材料工程与制造业巨大的变化，并促使设计理念和设计方法不断改进。
有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用先进的CAE技术，以某轿车白车身为主要研究对象，在Hyperworks软件下，建立了轿车白车身详细有限元模型，进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析，以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。
并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化，以达到轻量化的目的，提高白车身的经济性和安全性，满足市场需求。
关键词：白车身模态刚度Hyperworks 优化备注：因要遵循公司保密条约，本论文数据已处理。
Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年，我国汽车工业快速而稳步发展，打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。
CAE模态分析 ppt课件
ppt课件
EI
4
y(x, t) x4
l
2 y(x, t) t 2
f (x,t)
方程含有对空间变量 x 的四阶偏导数和对时间变量 t 的二阶偏导数，求解时必须引入4
个边界条件和2个初始条件。
2. 固有频率和模态函数
讨论梁的自由振动，因此令
f (x,t) 0
得到运动方程
2 x2
5），导出特征方程 4 - 4 =0
4个特征根为 ， i ，对应4个线性独立的解为 e x 和 ei x 。由于
e x =ch x sh x, ei x = cos x i sin x
因此可将方程（5）的通解写成
8
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p/k
sin（t-）
(1- 2）2 +（2）2
固有频率和振型
3
ppt课件
• 固有频率：也可称为特征频率、共振频率、主频率。 • 振型：结构在特定频率下的变形称为主振动模态，也可称为振型、特
征型、固有型。 • 每一振型与特定的固有频率有关，这些结果反映结构动力特征，决定
结构怎样对动力载荷做出响应。
1. 动力学方程
5
ppt课件
l (x)dx
2 y t 2
FS
(FS
FS x
dx)
f
( x, t )dx
（1）
不考虑剪切变形和截面转动的影响时，微元体满足力矩平衡条件，
对右截面上任意点取矩，得
（M
+
M x
dx)
M
FS dx
f
( x, t )dx
dx 2
0
CAE分析流程
精心整理CAE 分析流程一、3D 建模：在三维模型在装配车架上零部件。
二、抽取中面：在CATIA 中，对车架纵梁、纵梁加强板、横梁及横梁连接板等车架系统本体的零部件进行抽取中面；板簧支座、油箱托架、电瓶框、尿素罐支架等保留3D 模型。
（保存为.stp 格式或者直接使用.CATProduct 格式） 三、划分网格：1、在Hypermesh 中打开3D 模型，对components 中的名字重新命名，方便查找对应的零部件。
2、对车架上的孔进行优化处理。
（更优网格质量）Geomautocleanup3、对完成后检测4、对components 进行3D 网格划分。
（板簧支架为例）选中要划分网格的components （shift+Volumtetra 选中solids （shift+鼠标左键框选），mesh 完成后注：在网格划分中，最好使要划分网格的components 置于当前。
在components 中右键，选择makecurrent 。
这个方便之后的材料及属性赋值。
四、铆钉（螺栓）的虚拟刚性连接1、在components 中新建一个集合如maoding 。
创建铆钉连接时候，把它置为当前。
效果清除网格手动清除22.1fefile —Propfile 下图1—2—3—4—5—holediameter —max 孔的直径最大值，一般选取100（怕溢出）2.2孔位没有对应或者没有孔的连接（联接角铁与底架）—calculatenode ，dependent —注：选择的点要在要连接的components 上（shift+左键）选中的多余的点删掉（shift+右键） 2.3按照以上两个流程把车架上面的所有零部件连接在一起，形成RBE2单元。
2.4车厢与车架之间的连接使用gap 单元。
五、材料、属性及赋值 1、材料material选择—材料命名，type —ALL ，cardimage —MAT1Create/edit 设置E 弹性模量、NU 密度return 2、属性property 1 2345选择—属性命名，type—2D，cardimage—PSHELL，material选择上面建立的材料Create/edit2.23D属性选择—属性命名，type—3D，cardimage—PSOLID，material选择上面建立的材料editreturn3、赋值（将材料，厚度的值分别赋予车架上面的所有零部件）选择—零部件，property—选择上面建好的属性注：1、2D、3D赋值是一样的，只是2D、3D的属性卡片不一样。
cae分析的工作流程
cae分析的工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!CAE 分析的工作流程一般包括以下几个步骤：1. 问题定义：明确分析的目标和问题，确定需要分析的对象、边界条件、加载情况等。
车身(车架)刚度CAE分析和试验方法
本标准由奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院和试验技术中心提出。 本标准由奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院标准管理科归口。 本标准起草单位：汽车工程研究院 CAE 部和试验技术中心。 本标准主要起草人：杨晋、田冠男、章礼文、张厚平。
加载方法： 在驾驶室和车架的前两个安装点上施加一大小为2000N·m的力偶，力的方向沿Z向。
4.2 弯曲刚度
4.2.1 承载式轿车白车身
白车身弯曲刚度约束和加载方法如图5所示。
约束车身前左、 右减振器座 Y、Z 平动自由度
约束车身后左、 右弹簧座 X、Y、Z 平动自由度
载荷为 1500N
图 5 白车身弯曲刚度约束和加载方法
加载方法： 在前后约束点中间位置对应的纵梁处施加沿 Z 轴负向 F=1500N（试验时，可依据 CAE 分析出的
刚度结果和测试设备量程设定合理的载荷大小）的载荷（分别加于左右两处）。
4.3 试验设备
对于质量较小的乘用车、微型车，可以用根据英国 Lotus 公司的建议所做的静刚度试验专用试验台架 完成扭转和弯曲刚度试验；对于质量较大的商用车可以采用 MTS 设备进行扭转和弯曲刚度试验。
注：对于约束方法的第一条，在试验中如果已通过专用加载设施实现，就不必再用额外约束装置实现。
加载方法： 在车身和车架的前两个安装点上施加一大小为 2000N·m 的力矩，力的方向沿 Z 向。
4.1.4 车架 车架扭转刚度约束和加载方法如图4所示（适用于公司P系列和H系列车）。
载荷2000N·m
cae分析流程范文
cae分析流程范文1.确定问题和目标：首先，需要明确问题和目标。
工程师需要与设计团队和相关利益相关者沟通，了解产品的需求和性能要求。
同时，需要明确分析的目标，例如验证设计的可行性、优化产品性能等。
2.数据准备：在进行CAE分析之前，需要准备相关的数据。
这包括产品的几何模型、材料性质、边界条件和加载条件等。
通常，工程师可以使用计算机辅助设计（CAD）软件创建产品的几何模型，并导入到CAE软件中。
3.网格生成：在进行CAE分析之前，需要将产品的几何模型离散化为有限元网格。
有限元网格是由许多小的几何单元（例如三角形或四边形）组成的，用于对产品进行数值计算。
网格生成是一个关键步骤，其质量和密度直接影响到分析结果的准确性和计算效率。
4.定义材料和加载条件：在进行CAE分析之前，需要定义产品的材料性质和加载条件。
对于材料性质，可以通过实验或模型进行获取。
加载条件包括外部力、温度、压力等，需要根据实际应用场景进行定义。
5.模型设置：在进行CAE分析之前，需要设置分析模型。
这包括选择适当的分析方法（例如有限元分析、流体动力学分析等）、选择适当的求解器和设置数值参数等。
在设置模型时，需要根据实际问题和目标进行选择和调整。
6.运行分析：在设置好模型后，可以运行分析。
CAE软件会根据所选的分析方法和设置的参数对产品进行模拟和计算。
运行分析的时间取决于问题的复杂性和计算机性能等因素。
7.结果分析和评估：在分析完成后，需要对结果进行分析和评估。
结果可以包括产品的应力、应变、位移、温度等信息。
工程师可以对结果进行可视化和统计分析，评估产品的性能和可靠性。
8.结果解释和优化：根据分析结果，工程师可以对产品进行进一步的优化。
这可能包括调整产品的几何形状、材料选择、加载条件等。
通过CAE分析的结果，可以更好地指导产品设计和制造过程，提高产品性能和质量。
9.文档记录和报告：最后，需要对CAE分析的过程和结果进行文档记录和报告。
这有助于团队内部的沟通和知识共享，也有助于与利益相关者进行沟通和决策。
车架CAE模态分析过程
2021/3/8
18
CAE
4.2 螺栓连接
四
部 件 连 接
2021/3/8
19
CAE
4.3 焊点连接
四
部 件 连 接
2021/3/8
20
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
七
六
五
四
三
二
一
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程义ຫໍສະໝຸດ 2021/3/821
CAE
5.1自由边检查
七
结 果 读 取
2021/3/8
41
CAE
7.2模态振型 二扭：28.29Hz。
七
结 果 读 取
2021/3/8
42
CAE
7.2模态振型 局部模态：38.05Hz。
七
结 果 读 取
2021/3/8
43
CAE
7.2模态振型 局部模态：38.05Hz。
七
结 果 读 取
2021/3/8
44
谢谢!
2021/3/8
三
网 格 划 分
2021/3/8
11
CAE
3.3 网格划分
细节要求
螺栓孔：R6以上的安
三
装孔以带一层washer
的至少6个节点模拟，
washer宽度尽量与孔
半径相等；R4~6的安
网
装孔以4个节点模拟；
格
R4以下的孔删除，只 留圆心。
CAE仿真分析流程
CAE仿真分析流程CAE仿真分析是一种基于计算机数值方法的工程分析方法，可以帮助工程师在设计开发过程中评估和优化产品的性能，包括结构强度、疲劳寿命、动态响应、流体力学、热传导等方面。
本文将介绍CAE仿真分析的流程，并以汽车碰撞仿真为例进行说明。
1.问题定义首先，需要明确模拟分析的目的和范围，明确需要分析的问题和关键因素。
例如，在汽车碰撞仿真中，需要评估车辆在不同碰撞条件下的结构强度和安全性能。
2.建立数值模型根据问题定义，建立数值计算模型。
对于复杂的结构，可以进行三维建模，并确定材料属性、载荷和边界条件等。
例如，在汽车碰撞仿真中，需要根据车辆CAD模型建立有限元模型，并确定材料模型和碰撞速度、角度等载荷条件。
3.网格划分对于建立的数值模型，需要进行网格划分，将结构划分成小的三角形、四面体或六面体等形状，以便进行数值计算。
网格划分需要根据结构复杂度和计算精度进行调整。
利用数值方法对建立和网格划分后的数值模型进行求解，得到模型在受力、变形等情况下的应力、位移、速度等结果。
在汽车碰撞仿真中，可以通过求解非线性动力学方程组，获得车辆碰撞前后的位移、速度、加速度等参数。
5.结果后处理对求解后得到的数值结果进行后处理，包括数据展示、可视化、统计分析等。
例如，在汽车碰撞仿真中，可以通过捕捉每个节点的受力和变形情况，评估车辆的结构强度和安全性能，并进行可视化展示。
6.评估和优化根据模拟结果，评估设计方案的性能，并进行优化改进。
此时可以调整材料选择、几何形状、结构布局等方面，以提高产品性能和降低成本等。
总结CAE仿真分析流程涵盖了问题定义、数值模型建立、网格划分、数值求解、结果后处理和评估、优化等步骤。
在工程设计中，CAE仿真分析已经成为必不可少的工具，它可以减少实验成本，提高产品性能和设计效率，为科技创新和可持续发展提供支持。
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jacobian≥0.6
TRIA单元数≤6%；除结构限制外，不允许有两个以上的TRIA单元连
质
在一起。
量
通用2D网格标准
检
采用10mm，允许出现小单元，但最小尺寸不能小于2mm。基本参 数如下：
查
1、Min size 5mm, max interior angle quad: 135
2、max length 15mm, min interior angle quad: 45
6.3定义模态范围 使用阶数定义模态范围时不要忘记自由模态前6阶问题。
六
模 态 设 置
CAE
6.4定义工作步 Output----displacement---arguments---argument2 Displacement(plot)=all
六
模 态 设 置
CAE
6.5定义控制卡片 模态分析需要定义sol和param两个控制卡片
7.2模态振型 二扭：28.29Hz。
七
结 果 读 取
CAE
7.2模态振型 局部模态：38.05Hz。
七
结 果 读 取
CAE
7.2模态振型 局部模态：38.05Hz。
七
结 果 读 取
谢谢!
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAE
4.1 刚性连接 rbe2
四
部 件 连 接
CAE
4.2 螺栓连接
四
部 件 连 接
CAE
4.3 焊点连接
四
部 件 连 接
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAE
5.1自由边检查
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAE
7.1结果导入 使用hyperview软件，导入模态计算结果。
七
结 果 读 取
CAE
7.2模态频率结果 计算了20阶模态，前6阶为刚体模态，频率为零。计算出的第7阶模 态频率为车架第一阶弹性模态，为6.07Hz。
七
结 果 读 取
CAE
材料
CAE
分
几何
质量
析
处理
检查
流
程
网格 处理
连接 单元
建立
CAE
属性
结果
建立 约束
导出 计算
建工 作步
控制 卡片
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAE
3.1 几何模型的导入 stp文件，igs文件等标准格式
1.3CAE模态分析的意义
一个系统的模态是其系统的固有性能，通过模态测试和模态CAE分 析都能分析出系统的模态。
一
CAE
分析出系统的模态后，可以根据模态频率之间的解耦，解决模态频率 相同或接近引起的共振问题；可以根据模态振型，合理布置零部件之 间的连接；可以根据模态阻尼，采取降低阻尼的办法减小振动。
辛雨 2019年12月
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
1.1 模态分析的定义
模态分析实质上是一种坐标变换，其目的在于把原物理坐标系统中
描述的相应向量，转换到“模态坐标系统”中来描述，模态试验就是
一
通过对结构或部件的试验数据的处理和分析，寻求其“模态参数”。
3、aspect ratio 5, max interior angle tria: 120
4、warpage 10
min interior angle tria: 20
5、skrew angle: 45 jacobi 0.6 %of trias: <7%
6、单元检查，一定要在HyperMesh模块下画网，不能在Nastran模
网
R4~6的安装孔以4个 节点模拟；R4以下的
格
孔删除，只留圆心。
划
分
倒角处理： R5以下的 倒角忽略，R5以上宽度 5~8mm用1层单元表示， 宽度大于8mm用2层以 上的单元表示
CAE
3.3网格划分 Element Split-劈单元的荡然区域和方法
三
网 格 划 分
CAE
3.3网格划分 防止干涉的要求
三
网 格 划 分
圆角处理
CAE
3.4建立材料 常用材料： 钢材E:2.1e+5
三
NU:0.3 RHO:7.85e-9
网 格 划 分
CAE
3.5建立属性 Shell 厚度：T Psolid
三
网 格 划 分
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
1.2模态分析基本原理
CAE
模态分析有很多种方法，仅介绍频域法模态拟合的基本原理：
分
经离散化处理后，一个结构的动态特性可由N 阶矩阵微分方程描述：
析
意
经过拉普拉斯变换等处理，可得到频率响应函数矩阵H(ω)，该矩阵
中矩阵中第i行第j列的元素
义
ωr、ξr 、Φr分别称为第r 阶模态频率、模态阻尼比和模态振型 。
分
析
进行CAE模态分析可以在系统设计的初期就进行系统的模态计算分
意
析，而不用等到样件制造出来后再进行试验。从而有效的节省了人力
义
成本，时间成本，以及制造成本。
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
Hale Waihona Puke 果态量件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAD
建立
二
数模
块下。（为软件BUG）
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
结
模
质
部
网
分
分
果
态
量
件
格
析
析
读
设
检
连
划
流
意
取
置
查
接
分
程
义
CAE
6.1定义约束 自由模态不需要定义约束，但前6阶将为自由模态。
六
模 态 设 置
CAE
6.2定义载荷 模态不需要定义载荷。
六
模 态 设 置
CAE
六
模 态 设 置
CAE
6.5定义控制卡片 sol控制卡片
六
模 态 设 置
CAE
6.5定义控制卡片 param控制卡片
六
模 态 设 置
CAE
6.导出计算 导出nastran计算文件，使用nastran进行计算。
六
模 态 设 置
七
六
五
四
三
二
一
CAE CAE CAE CAE CAE CAE CAE
三
网 格 划 分
CAE
3.2 几何清理 板单元：抽中面
三
网 格 划 分
CAE
3.2 几何清理 螺栓孔处理：washer
三
网 格 划 分
CAE
3.3 网格划分
三
网 格 划 分
3.3 网格划分
细节要求
螺栓孔：R6以上的安
三
装孔以带一层
washer的至少6个节
CAE
点模拟，washer宽
度尽量与孔半径相等；
7.2模态振型 一扭：6.07Hz，节点X向在第二第三横梁，Y向在各横梁中心位置。
七
结 果 读 取
CAE
7.2模态振型 Y向一弯：16.11Hz，节点在一二横梁之间和三四横梁之间。
七
结 果 读 取
CAE
7.2模态振型 Z向一弯：20.73Hz，节点在一二横梁之间和三四横梁之间。