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轿车白车身结构模态特性研究

作　者: 李强
导　师: 赵广耀
学　校: 东北大学
专　业: 车辆工程
关键词: 白车身有限元法模态分析模态应变能
分类号: U463.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 54次
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内容摘要

目前汽车行业竞争日趋激烈,新车型更新换代速度越来越快,在很大程度上取决于白车身设计。以往设计一个车型往往要经过几年时间,制造上百辆样车进行试验才能满足设计的需要,设计周期长,设计消耗大。现代轿车设计,由于采用了很多先进的设计思想和设计手段,完成设计的周期已经大大降低,设计所需的样车数量也减少了很多。在现代设计所采用的设计手段中,计算机辅助技术的采用大大的提高了设计开发的效率。在新车型开发过程中,白车身设计一直占主导地位,其固有特性直接影响车辆的性能。为了使车辆具有好的特性,一般要求白车身有较高的刚性和良好的振动特性,这些特性通常是通过模态分析获得。本文以某概念设计阶段的轿车白车身为研究对象,基于前处理软件Hypermesh和有限元分析软件MSC.Nastran,应用有限元分析理论,建立了白车身有限元模型。首先,基于对白车身结构点焊、二氧化碳气体保护电弧焊等联接方式的研究,建立了一个能够准确模拟车身结构动力学性能、计算规模控制在计算机可接受范围、并兼顾建模效率的以壳单元为主的白车身详细有限元模型。其次,通过有限元自由模态分析,得到白车身的固有频率、相应的振型等模态参数。从振动、强度角度考虑,分析了该白车身所承受内外激励的影响。再次,对比该型车竞品车白车身结构模态试验数据,发现两者模态频率差距较大,后期设计隐患较大,为规避此类风险,本文根据应变模态的局域性特点,利用有限元模型各阶模态应变能分布,确定白车身结构弹性变形最大位置,可有针对性地加强车身的局部刚度。最后,进行了方案设计,为设计提供方向性指导。分别采取对白车身局部结构进行拉长、加宽、搭边等处理,修正模型结合面特性参数,以保证该白车身模型结构更合理,经分析,其模态参数达到了竞品车目标要求。研究结果表明,该方法具有较好的实际工程应用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 课题研究意义和目的  13
  1.4 主要研究内容  13-16
第2章基础理论及相关软件  16-34
  2.1 弹性力学基本方程  16-19
    2.1.1 平衡方程  17-18
    2.1.2 几何方程  18
    2.1.3 物理方程  18-19
  2.2 板壳问题的有限元法  19-26
    2.2.1 有限元法基础理论  19-21
    2.2.2 有限元分析步骤  21-22
    2.2.3 薄壳有限元分析  22-26
  2.3 相关软件概述  26-33
    2.3.1 CATIA绘图软件  26-27
    2.3.2 HyperMesh前处理工具  27-30
    2.3.3 NASTRAN求解器  30-32
    2.3.4 HyperView后处理工具  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章车身结构有限元建模关键技术研究  34-44
  3.1 车身模态有限元模型  34-37
    3.1.1 几何模型处理  35-36
    3.1.2 模型网格质量检查  36-37
  3.2 有限元模型联结方式研究  37-43
    3.2.1 模拟焊点的选择  39
    3.2.2 MSC. Nastran中联接方式  39-41
    3.2.3 Connector焊接处理模块  41-43
  3.3 本章小结  43-44
第4章白车身结构模态分析  44-54
  4.1 模态分析基本理论  44-46
  4.2 模态提取方法  46-47
  4.3 白车身理论模态分析  47-52
    4.3.1 模态分析步骤  47-48
    4.3.2 车身有限元模型模态计算  48
    4.3.3 结果分析  48-52
  4.4 本章小节  52-54
第5章白车身模态结构模型修改方法研究  54-68
  5.1 模态分析模型修改  54-55
    5.1.1 调整模态分析特征值方法  54
    5.1.2 模态应变理论  54-55
  5.2 白车身局部结构修改位置确定  55-58
  5.3 具体修改方法  58-62
  5.4 修改后有限元模态分析  62-65
    5.4.1 白车身模态  64
    5.4.2 白车身质量  64-65
  5.5 修改后模态应变能  65-67
  5.6 本章小结  67-68
第6章结论  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74

轿车白车身结构模态特性研究

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