CN116911141A - 一种车身与底盘接附点强度分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于CAE分析技术领域，具体地，涉及一种车身与底盘接附点强度分析方法。通过对金属铸造件的工艺分析获得金属铸造件内部缺陷数据，预估同一金属铸造件在不同区域的材料性能的差异，对金属铸造件分区域建模并赋予不同的材料属性，并进行极限工况下车身强度的分析与优化，有效提高了分析的准确性，保证车辆在使用过程中的安全，减少车辆维修的次数。
Description
技术领域
本发明属于CAE分析技术领域，具体地，涉及一种车身与底盘接附点强度分析方法。
背景技术
传统汽车零部件普遍采用金属冲压样件制成，近年来，因全球能源问题日趋严峻，纯电动汽车成为未来汽车的主要发展方向。为提高车辆续航里程，打造更轻便车身，新型电动乘用汽车设计中，在前、后轮毂包、前、后纵梁等关键车身区域，常应用铝合金材料铸造成型，以达到白车身轻量化目的。但诸如前、后轮毂包及纵梁等结构，作为与底盘零部件的直接连接区域，是白车身直接承受路面冲击载荷的重要结构。
在现有的一些分析方法中，重点在于将麦弗逊前悬架模型及厚钢板弹簧模型装配到白车身模型中进行车身强度分析，有效提高了仿真分析结果的精度，但是并未针对每一个金属铸造件进行材料分析，同一个金属铸造件在生产过程中，可能因为工艺的问题，导致同一个构件在不同的位置其性能有所不同，从而导致同一构件的不同位置会对车身强度产生不同的影响，进而影响车身强度分析的准确性。
发明内容
本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种车身与底盘接附点强度分析方法，有效提高了车身强度分析的准确性，保证了车辆使用过程中的安全性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种车身与底盘接附点强度分析方法，包括以下步骤：
S1:车身极限工况下的载荷分析：获取车身与底盘零部件各个接附点位置在极限工况下的载荷；
S2:对车身金属铸造的零部件进行工艺热节分析，获取各个金属铸造件在制造过程中缺陷位置、形状及体积预估结果；
S3:依据步骤S2预估结果，对每一个金属铸造件进行性能参数分区；
S4:构建金属车身有限元分析模型，其中车身金属铸造件采用二阶四面体单元建模；
S5:依据步骤S3的分区结果，将车身有限元分析模型赋予材料曲线；
S6:构建包含局部金属车身接附点强度有限元分析模型，并施加分析边界条件；
S7:对构建的金属车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，在各个接附点位置施加步骤S1中获得的极限工况载荷并卸载，并对强度有限元分析模型进行求解；
S8：根据步骤S7的计算结果进行金属铸造件安全系数分析；
S9：获取分析结果并判断安全性能。
根据上述技术手段，本发明提供一种车身与底盘接附点强度分析方法，通过对金属铸造件的工艺分析获得金属铸造件内部缺陷数据，预估同一金属铸造件在不同区域的材料性能的差异，对金属铸造件分区域建模并赋予不同的材料属性，并进行极限工况下车身强度的分析与优化，有效提高了分析的准确性，保证车辆在使用过程中的安全，减少车辆维修的次数。
进一步地，在步骤S3中，对每一个金属铸造件进行性能参数分区，包括对弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及断裂延伸率性能分区，从而获得同一金属铸造件不同区域的材料性能曲线。
进一步地，在步骤S4中，对金属铸造件有局部起筋、导角或处于关键传力区域的部位采用不小于1mm的单元进行细化分区。金属铸造件建模的尺寸可以设置为3mm-6mm，当然这个尺寸只是一个优选的方案，在具体分析过程中，可以根据不同的材料尺寸做出不同的选择，只要划分的区域尺寸能够准确的体现出材料不同位置的性能即可。
进一步地，在步骤S6中，构建前悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从前悬最后端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度；构建后悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从后悬最前端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度。在截取车身范围的尺寸为沿X方向350mm～500mm，该尺寸也只是一个优选的方案，针对不同的车型、不同的材料，可以做出不同的选择。
进一步地，若前副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含前副车架；若后副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含后副车架。
进一步地，在步骤S7中，还需要考虑边界条件非线性，在金属铸造件之间设置通用接触。这里所说的通用接触包括在金属铸造件之间设置接触间隙。
进一步地，在步骤S7中，设置强度有限元分析模型的输出包括应力、位移以及等效塑形应变。
进一步地，在步骤S9中，在各加载工况下，对于车身金属铸造件表面单元等效塑形应变≥50％材料断裂延伸率的区域，判定为失效并进行优化；在各卸载工况下，对于各接附点残余变形＞4mm的位置，判定为失效并进行优化；在各加载工况下，对于金属铸造件安全系数＜1.0的区域，判断为失效并进行优化。这里所说的优化包括对材料上具有凸包的位置进行打磨、对边角进行打磨、倒角、缺陷位置进行填充、以及更换材料等，直到该材料的强度分析达到预设值。
进一步地，所述的接附点指两个部件之间通过衬套、弹簧减振或运动副相连接的固定点。
进一步地，车身金属铸造件采用二阶四面体单元建模，包括车身前轮毂包、车身后轮毂包、前机舱纵梁及前壁板、后纵梁。
进一步地，在步骤S7中，采用BAQUS软件求解；在步骤S8中，根据ABAQUS分析结果采用FEMFAT软件进行铝合金铸件安全系数分析；采用FEMFAT软件中BASIC模块计算，在BASIC模块材料定义中，定义所述步骤S2中金属铸造件材料缺陷尺寸及形状。
本发明的有益效果：本发明提供的一种车身与底盘接附点强度分析方法，通过对金属铸造件的工艺分析获得金属铸造件内部缺陷数据，预估同一金属铸造件在不同区域的材料性能的差异，对金属铸造件分区域建模并赋予不同的材料属性，并进行极限工况下车身强度的分析与优化，有效提高了分析的准确性，保证车辆在使用过程中的安全，减少车辆维修的次数。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2是本发明实施例中的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。
本实施例提出了一种车身与底盘接附点强度分析方法，包括以下步骤：
S1:车身极限工况下的载荷分析：获取车身与底盘零部件各个接附点位置在极限工况下的载荷；
S2:对车身金属铸造的零部件进行工艺热节分析，获取各个金属铸造件在制造过程中缺陷位置、形状及体积预估结果；
S3:依据步骤S2预估结果，对每一个金属铸造件进行性能参数分区；
S4:构建金属车身有限元分析模型，其中车身金属铸造件采用二阶四面体单元建模；包括车身前轮毂包、车身后轮毂包、前机舱纵梁及前壁板、后纵梁；
S5:依据步骤S3的分区结果，将车身有限元分析模型赋予材料曲线；
S6:构建包含局部金属车身接附点强度有限元分析模型，并施加分析边界条件；
S7:对构建的金属车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，在各个接附点位置施加步骤S1中获得的极限工况载荷并卸载，并对强度有限元分析模型进行求解，导出计算文件并采用ABAQUS软件求解；
S8：根据步骤S7的计算结果进行金属铸造件安全系数分析；根据ABAQUS分析结果采用FEMFAT软件进行铝合金铸件安全系数分析，采用FEMFAT软件中BASIC模块计算，在BASIC模块材料定义中，定义所述步骤S2中金属铸造件材料缺陷尺寸及形状。
S9：获取分析结果并判断安全性能。
根据上述技术手段，本发明提供一种车身与底盘接附点强度分析方法，通过对金属铸造件的工艺分析获得金属铸造件内部缺陷数据，预估同一金属铸造件在不同区域的材料性能的差异，对金属铸造件分区域建模并赋予不同的材料属性，并进行极限工况下车身强度的分析与优化，有效提高了分析的准确性，保证车辆在使用过程中的安全，减少车辆维修的次数。
在步骤S3中，对每一个金属铸造件进行性能参数分区，包括对弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及断裂延伸率性能分区，从而获得同一金属铸造件不同区域的材料性能曲线。
在步骤S4中，对金属铸造件有局部起筋、导角或处于关键传力区域的部位采用不小于1mm的单元进行细化分区。金属铸造件建模的尺寸可以设置为3mm-6mm，当然这个尺寸只是一个优选的方案，在具体分析过程中，可以根据不同的材料尺寸做出不同的选择，只要划分的区域尺寸能够准确的体现出材料不同位置的性能即可。
在步骤S6中，构建前悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从前悬最后端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度，若前副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含前副车架；构建后悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从后悬最前端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度，若后副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含后副车架。在截取车身范围的尺寸为沿X方向350mm～500mm，该尺寸也只是一个优选的方案，针对不同的车型、不同的材料，可以做出不同的选择。
在步骤S7中，还需要考虑边界条件非线性，在金属铸造件之间设置通用接触；设置强度有限元分析模型的输出包括应力、位移以及等效塑形应变。
在步骤S9中，在各加载工况下，对于车身金属铸造件表面单元等效塑形应变≥50％材料断裂延伸率的区域，判定为失效并进行优化；在各卸载工况下，对于各接附点残余变形＞4mm的位置，判定为失效并进行优化；在各加载工况下，对于金属铸造件安全系数＜1.0的区域，判断为失效并进行优化。这里所说的优化包括对材料上具有凸包的位置进行打磨、对边角进行打磨、倒角、缺陷位置进行填充、以及更换材料等，直到该材料的强度分析达到预设值。
其中，所述的接附点指两个部件之间通过衬套、弹簧减振或运动副相连接的固定点。
另外，在本实施例中，根据被测车型车架总成的三维模型建立网格模型，对于壁厚均匀、料厚超过厚度阈值的结构采用一阶六面体网格单元建模，料厚低于厚度阈值的结构采用2D壳单元建模，对于非均匀料厚以及与车架刚性连接的关键铸件采用二阶四面体单元建模。基于被测车型的三维模型构建其车架的有限元模型，还包括：所述车架的零部件包括前防撞梁、前横梁、中间横梁、后横梁、左侧纵梁和右侧纵梁，所述前防撞梁、前横梁、中间横梁和后横梁依照整车坐标系X轴依次并排设置，所述左侧纵梁和右侧纵梁对称设置在整车坐标系Y0平面两侧、且与前防撞梁、前横梁、中间横梁和后横梁分别连接；采用Rbe2-CBeam-Rbe2单元的连接方式分别约束左侧纵梁、右侧纵梁与前防撞梁、前横梁、中间横梁、后横梁的各连接点，模拟所述连接点的螺栓连接方式，各连接点的搭接处还通过节点对节点建立Rbe2单元模拟焊缝连接。对车架总成建立有限元模型，根据网格划分，对各个零部件、金属铸造件每个区域单元赋予材料属性。之后再构建包含局部金属车身接附点强度有限元分析模型，并施加分析边界条件；对构建的金属车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，在各个接附点位置施加步骤S1中获得的极限工况载荷并卸载，并对强度有限元分析模型进行求解，导出计算文件并采用ABAQUS软件求解；根据ABAQUS分析结果采用FEMFAT软件进行铝合金铸件安全系数分析，获取分析结果并判断安全性能。
本实施例通过对金属铸造件的工艺分析获得金属铸造件内部缺陷数据，预估同一金属铸造件在不同区域的材料性能的差异，对金属铸造件分区域建模并赋予不同的材料属性，并进行极限工况下车身强度的分析与优化，有效提高的分析的准确性，保证车辆在使用过程中的安全，减少车辆维修的次数。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:车身极限工况下的载荷分析：获取车身与底盘零部件各个接附点位置在极限工况下的载荷；
S2:对车身金属铸造的零部件进行工艺热节分析，获取各个金属铸造件在制造过程中的缺陷位置、形状及体积预估结果；
S3:依据步骤S2预估结果，对每一个金属铸造件进行性能参数分区；
S4:构建金属车身有限元分析模型，其中车身金属铸造件采用二阶四面体单元建模；
S5:依据步骤S3的分区结果，将车身有限元分析模型赋予材料曲线；
S6:构建包含局部金属车身接附点强度有限元分析模型，并施加分析边界条件；
S7:对构建的金属车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，在各个接附点位置施加步骤S1中获得的极限工况载荷并卸载，并对强度有限元分析模型进行求解；
S8：根据步骤S7的计算结果进行金属铸造件安全系数分析；
S9：获取分析结果并判断安全性能。
2.根据权利要求1所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S3中，对每一个金属铸造件进行性能参数分区，包括对弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及断裂延伸率性能分区，从而获得同一金属铸造件不同区域的材料性能曲线。
3.根据权利要求2所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S4中，对金属铸造件有局部起筋、导角或处于关键传力区域的部位采用不小于1mm的单元进行细化分区。
4.根据权利要求2所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S6中，构建前悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从前悬最后端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度；构建后悬金属铸造件车身与底盘接附点的强度有限元分析模型，车身截取范围包括从后悬最前端接附点沿X方向350mm～500mm，并约束截取车身节点三个自由度。
5.根据权利要求4所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，若前副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含前副车架；若后副车架与车身螺栓连接，则强度有限元分析模型包含后副车架。
6.根据权利要求4所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S7中，考虑边界条件非线性，在金属铸造件之间设置通用接触。
7.根据权利要求6所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S7中，设置强度有限元分析模型的输出包括应力、位移以及等效塑形应变。
8.根据权利要求7所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，在步骤S9中，在各加载工况下，对于车身金属铸造件表面单元等效塑形应变≥50％材料断裂延伸率的区域，判定为失效并进行优化；在各卸载工况下，对于各接附点残余变形＞4mm的位置，判定为失效并进行优化；在各加载工况下，对于金属铸造件安全系数＜1.0的区域，判断为失效并进行优化。
9.根据权利要求1至8任一项所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，所述的接附点指两个部件之间通过衬套、弹簧减振或运动副相连接的固定点。
10.根据权利要求1至8任一项所述的车身与底盘接附点强度分析方法，其特征在于，车身金属铸造件采用二阶四面体单元建模，包括车身前轮毂包、车身后轮毂包、前机舱纵梁及前壁板、后纵梁。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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