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簡(jiǎn)單分析白車身（BIW）彎曲剛度優(yōu)化問(wèn)題
2018-04-23 09:48:19· 來(lái)源：汽車NVH仿真 作者：燃燒的腿毛
今天，小編要給大家講的就是當(dāng)我們完成了白車身彎曲剛度分析后，發(fā)現(xiàn)分析結(jié)果與我們的目標(biāo)值還有一段距離的時(shí)候，我們?cè)趺慈?duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高白車身彎曲剛度。
之前，小編給大家分享了關(guān)于白車身(BIW)彎曲剛度分析的教程，今天，小編要給大家講的就是當(dāng)我們完成了白車身彎曲剛度分析后，發(fā)現(xiàn)分析結(jié)果與我們的目標(biāo)值還有一段距離的時(shí)候，我們?cè)趺慈?duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高白車身彎曲剛度。
上次對(duì)白車身進(jìn)行剛度分析的結(jié)果如下位移云圖所示，縱梁兩邊的取兩節(jié)點(diǎn)進(jìn)行Y向位移讀數(shù)，得到：在兩邊各加載2500N載荷下，節(jié)點(diǎn)1212332 的Y向位移為-0.45136mm，節(jié)點(diǎn)1181419的Y向位移為-0.46558mm，平均位移為：-0.45847mm.
計(jì)算優(yōu)化前剛度值為：k=F/D=5000/0.45847=10906N/mm
剛度不足原因分析
當(dāng)結(jié)構(gòu)受到載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)變形，載荷做的功會(huì)以應(yīng)變能的形式存儲(chǔ)存在結(jié)構(gòu)內(nèi)，應(yīng)變能高的部位表征結(jié)構(gòu)在這個(gè)位置上儲(chǔ)存的能量多，剛度弱，如果我們?cè)趹?yīng)變能高的位置對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高該部位的局部剛度，有助于提高白車身整體剛度。
通過(guò)上次的分析計(jì)算，我們得到白車身在兩邊各施加2500N的載荷下，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變能(strain erengy)云圖，如下所示：
我們可以發(fā)現(xiàn)，在前后懸掛安裝位置附近出現(xiàn)明顯應(yīng)變能集中的情況（顏色越深，表明應(yīng)變能越高），可以肯定認(rèn)為，前后懸掛安裝位附近剛度不足。找到了問(wèn)題出現(xiàn)的地方，接下來(lái)我們就開(kāi)始對(duì)該部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程
第一，我們回看一下優(yōu)化前結(jié)構(gòu)是怎么樣子的，下圖所示為優(yōu)化前 前懸掛安裝位置（前炮塔）結(jié)構(gòu)。
我們可以看出，該結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)部件組成（亮綠色與墨綠色部件），亮綠色部件厚度為2mm，墨綠色部件厚度為0.9mm. 兩部件通過(guò)焊點(diǎn)焊接在一起。
方案一：
為了提高該部位的局部剛度，我把墨綠色部件結(jié)構(gòu)做出了以下優(yōu)化，如下圖所示。注意到，墨綠色部件邊緣被延伸到懸掛安裝孔周邊，部件從一個(gè)開(kāi)口形狀優(yōu)化成一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，然后增加了5個(gè)焊點(diǎn)來(lái)加強(qiáng)兩部件的連接強(qiáng)度；
方案二：
同時(shí)把亮綠色部件的厚度從2.0mm加厚到2.3mm，進(jìn)一步增加與懸掛連接處的局部剛度。
優(yōu)化結(jié)果
把以上兩個(gè)優(yōu)化方案組合起來(lái)，同時(shí)應(yīng)用到左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)，從新提交到Nastran進(jìn)行靜力分析計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化后白車身位移響應(yīng)云圖如下所示：
由位移云圖我們可以查看到，在同樣的邊界條件下，節(jié)點(diǎn)1212332 的Y向位移降低到-0.40559mm，節(jié)點(diǎn)1181419的Y向位移降低到-0.41951mm，平均位移減少為：-0.41255mm.
優(yōu)化后白車身彎曲剛度提升到：k=F/D=5000/0.41255=12119N/mm，達(dá)到目標(biāo)值 12000N/mm。
上次對(duì)白車身進(jìn)行剛度分析的結(jié)果如下位移云圖所示，縱梁兩邊的取兩節(jié)點(diǎn)進(jìn)行Y向位移讀數(shù)，得到：在兩邊各加載2500N載荷下，節(jié)點(diǎn)1212332 的Y向位移為-0.45136mm，節(jié)點(diǎn)1181419的Y向位移為-0.46558mm，平均位移為：-0.45847mm.
計(jì)算優(yōu)化前剛度值為：k=F/D=5000/0.45847=10906N/mm
剛度不足原因分析
當(dāng)結(jié)構(gòu)受到載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)會(huì)變形，載荷做的功會(huì)以應(yīng)變能的形式存儲(chǔ)存在結(jié)構(gòu)內(nèi)，應(yīng)變能高的部位表征結(jié)構(gòu)在這個(gè)位置上儲(chǔ)存的能量多，剛度弱，如果我們?cè)趹?yīng)變能高的位置對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高該部位的局部剛度，有助于提高白車身整體剛度。
通過(guò)上次的分析計(jì)算，我們得到白車身在兩邊各施加2500N的載荷下，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變能(strain erengy)云圖，如下所示：
我們可以發(fā)現(xiàn)，在前后懸掛安裝位置附近出現(xiàn)明顯應(yīng)變能集中的情況（顏色越深，表明應(yīng)變能越高），可以肯定認(rèn)為，前后懸掛安裝位附近剛度不足。找到了問(wèn)題出現(xiàn)的地方，接下來(lái)我們就開(kāi)始對(duì)該部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程
第一，我們回看一下優(yōu)化前結(jié)構(gòu)是怎么樣子的，下圖所示為優(yōu)化前 前懸掛安裝位置（前炮塔）結(jié)構(gòu)。
我們可以看出，該結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)部件組成（亮綠色與墨綠色部件），亮綠色部件厚度為2mm，墨綠色部件厚度為0.9mm. 兩部件通過(guò)焊點(diǎn)焊接在一起。
方案一：
為了提高該部位的局部剛度，我把墨綠色部件結(jié)構(gòu)做出了以下優(yōu)化，如下圖所示。注意到，墨綠色部件邊緣被延伸到懸掛安裝孔周邊，部件從一個(gè)開(kāi)口形狀優(yōu)化成一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，然后增加了5個(gè)焊點(diǎn)來(lái)加強(qiáng)兩部件的連接強(qiáng)度；
方案二：
同時(shí)把亮綠色部件的厚度從2.0mm加厚到2.3mm，進(jìn)一步增加與懸掛連接處的局部剛度。
優(yōu)化結(jié)果
把以上兩個(gè)優(yōu)化方案組合起來(lái)，同時(shí)應(yīng)用到左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)，從新提交到Nastran進(jìn)行靜力分析計(jì)算，計(jì)算出優(yōu)化后白車身位移響應(yīng)云圖如下所示：
由位移云圖我們可以查看到，在同樣的邊界條件下，節(jié)點(diǎn)1212332 的Y向位移降低到-0.40559mm，節(jié)點(diǎn)1181419的Y向位移降低到-0.41951mm，平均位移減少為：-0.41255mm.
優(yōu)化后白車身彎曲剛度提升到：k=F/D=5000/0.41255=12119N/mm，達(dá)到目標(biāo)值 12000N/mm。
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