编号白车身结构强度分析报告
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目录
1.分析目的 (1)
2.使用软件说明 (1)
3.模型建立 (1)
4边界条件 (3)
5.分析结果 (3)
6.结论 (21)
1.分析目的
白车身结构的静强度不足则会引起构件在使用过程中出现失效。
本报告采用有限元方法对Q11白车身分别进行了满载、1g制动、0.8g转弯、右前轮抬高150mm、左后轮抬高150mm、右前轮左后轮同时抬高150mm,6种工况的强度分析，观察整车受力状况，找出高应力区，考察其零部件的强度是否满足要求，定性地评价Q11白车身的结构设计，并提出相应建议。
2.使用软件说明
本次分析采用HyperMesh作前处理，Altair optistruct求解。
HyperMesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能；Altair Optistruct是一个综和隐式和显示求解器与一体的大规模有限元计算软件，几乎所有的线性和非线性问题都可以通过其进行求解。
通过Altair Optistruct可以进行任何形状、尺寸、拓扑结构的优化，采用固定的内存分配技术，具有很高的计算精度和效率。
3.模型建立
对车身设计部门提供的Q11白车身CAD模型进行有限单元离散，CAD模型以及有限元模型如图3.1所示。
白车身所有零部件均采用板壳单元进行离散，并尽量采用四边形板壳单元模拟，少量三角形单元以满足高质量网格的过渡需要，网格描述见表3.1。
图3.1Q11白车身CAD以及有限元模型
表3.1网格描述
单元类型四边形单元三角形单元
单元数目46970015543
三角形单元比例 3.4%
焊接模拟Rbe单元及实体单元
涂胶模拟实体单元
单元质量良好
强度分析模型质量按整车满载质量计算，其中的白车身附加质量（见表3.2）用质量点单元CONM2单元模拟。
发动机和变速箱、油箱、备胎、冷凝器、前门总成、滑移门总成、后背门总成、发动机罩总成、前排座椅及乘员等使用RBE刚性单元加载到相应总成的安装处。
由于额定载货质心的不可确定性，无法给定具体质心位置，因此本次分析在经验基础上确定质心位置，并将额定载货分布于后地板多处主要受力点处进行模拟。
具体质量点分布情况可参考图3.2。
表3.2Q11白车身附加质量及质心
序号部件质心坐标（X，Y，Z），mm质量，kg
1发动机和变速箱1036.0，-24.0，187.7130
2燃油箱1958.9，258.4，54.034
3备胎3525.8，94.8，22.212
4散热器-64.2，0.70，350.4 2.5
5蓄电池1061.903,-456.199,270.09410
6前门总成813，±731，671.323/23
7中门总成1763.3，±733.8，649.725/25
8后背门总成3627.1,0,918.727
9发动机罩总成-66.9，0，787 6.5
10主、副驾驶座椅及乘员1195,-295/320,61687.5/87.5
11二排座椅及乘员质量、质心2048.457，-166.498，589.908164
12三排座椅及乘员质量、质心2896.054，0，617.012243
13仪表台质量、质心475.8，13.3，813.85
14行李3341.6，0，421225
15白车身质量1769.404,-0.7,552.975309
16整车满载状态质量参数1858.4，-3.7，497.81810
图3.2Q11白车身附加质量分布
4边界条件
以满载状态下计算车身在以下工况下的强度应力。
计算工况包括满载工况（工况1）、制动工况（工况2）、转弯工况（工况3）、右前轮抬高150mm工况（工况4）、左后轮抬高150mm工况（工况5）、右前轮左后轮同时抬高150mm（工况6）。
载荷如表4.1所示。
表4.1Q11白车身强度分析工况载荷
工况载荷（加速度）
满载-Z向1g满载
制动-X向1g；-Z向1g满载
转向-Y向0.8g；-Z向1g满载
右前轮抬高150mm-Z向1g满载
左后轮抬高150mm-Z向1g满载
右前轮左后轮同时抬高150mm-Z向1g满载
5.分析结果
5.1满载工况：
满载工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身应力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.2制动工况
1g制动工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.3转弯工况
0.8g转弯工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.4右前轮抬高150mm
右前轮抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁Q11纵梁
5.5左后轮抬高150mm
左后轮抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮
壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
5.6右前轮左后轮同时抬高150mm
右前轮左后轮同时抬高150mm工况下，车身和主要零部件应力云图如下所示。
车身受力
云图
Q11前轮壳和前地
板
Q11后轮
罩
Q11顶盖和后背门
框
Q11后地
板
Q11横梁
Q11纵梁
通过以上6中工况的计算，综合Q11所用材料的屈服强度值(见表5.1)，下面列出各种工况下主要零部件的应力值，见表5.2。
表5.1Q11车身所用部分材料及其强度参数
材料名称屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)
DC01130-260≥270
DC03120-240≥270
DC04140-210≥270
DC06100-180≥250
08F175295
20245410
表5.2主要零部件的应力值及其安全系数统计表
零件名满载工况制动工况转弯工况右前轮抬
高150mm
左后轮抬
高150mm
右前轮左
后轮同时
抬高
150mm
前轮壳48.77201.3151.0384.3300.0275.8后轮罩24.2530.3742.7138.6657.3266.07顶盖37.4941.20125.2133.6289.3302.1后地板186.1350.2307.7188.7204.3201.0横梁112.6211.8173.4113.3113.5112.3纵梁81.9179.8799.19105.4138.8119.3
6.结论
1六个典型工况下，白车身绝大部分零部件应力较小；
2一些部件出现应力集中区域，分析结果显示超过材料的屈服极限；
3前轮壳高应力集中区域为前轮壳与前地板连接处附近区域，可以考虑对此附近区域进行加强；
4后地板高应力集中区域为座椅安装点附近区域，由于座椅及人采用集中质量单元，并用rbe3单元加载的方法模拟，此处存在模拟不精确产生的虚假应力集中现象；
5制动、转向均按路面最大附着系数0.8计算（参见《汽车理论》），在实际汽车行驶中几乎不会出现这些工况，所以在汽车实际运行时，其强度安全系数会高于仿真分析的安全系数。