基于ANSYS的某客车车身骨架的有限元分析

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随着汽车 CAE技术的发展，有限元技术已经成为当前车身设计研究的热点。该技术可应用于新车型的反求与改进设计，通过指导其结构设计，在优化车身设计的同时，又能保证结构满足车身的强度、刚度等技术要求 1 J。本文以某客车为具体分析对象，建立客车车身骨架的有限元模型，综合运用有限元分析软件 ANSYS，结合客车的各种典型工况，研究如何实现施加不同载荷及相应边界约束条件的计算方法，分析了客车车身的结构强度、刚度以及车身的模态参数。同时，根据仿真分析结果对该客车车身骨架进行综合评估，为改进车身结构的设计提供了比较可靠的理论依据。

需根据每种分析的侧重点有针对性地对有限元模型进行简化 ，钔。

ANSYS前处理拈中提供了强大的几何建模功能，本文使用 CATIA软件系统，根据所提供的设计图纸，建立其三维空间几何模型，如图1。

图1 客车三维实体模型2 建立车身骨架的有限元模型1 建立车身实体模型 2.1 有限元模型的生成1.1 客车主要技术参数客车选用康明斯 ISBE220 3 1(220PS)(欧 II)的发动机，整车主要技术参数如表 1所示。

表1 整车主要技术参数1.2 车身骨架的实体模型客车上有着极为复杂的薄壁杆系结构分布在车身骨架空间中，同时也包含了大量蒙皮结构，这些蒙皮也承受了相应的载荷。虽然客车上非主要承载元件不会对车身骨架结构的变形与应力分布产生较大影响，但它们却大大影响了结构问题的求解计算量和准确性。因此，在实际建模中，客车骨架材料-般选用 Q235，该材料的主要参数包含：弹性模量值 Ex2.1el1、泊松比值-般取0-3、密度为7.85e3，这些数值均应换算为规定的单位制：kg-m-s制式。

在软件 中建立截面几何形状，采用平面单元对其划分网格，并写入截面文件(-进制)，本文采用矩形梁截面进行分析，其网格如图 2所不 。

图2 矩形网格国家 863计划项H(2012AA111105)；辅势技重大专项(2Ol0Hz00O3)；辅势技厅项H(2008J1002)；福州市科技计划项[(2011-PT-128)福州市科技计划项E1(2012·G-108)；湖北省自然科学基金(2010cDBO18O2)；辅工程学院博士科研启动基金(GYzl2004)作者简介：胡树清(1962-)，男，工程师，主要从事交通运输管理、物流及结构分析、车身结构分析等方面的研究。

第 l期 胡树清 等：基于ANSYS的某客车车身骨架的有限元分析 134 车身结构的模态分析客车行驶时，由于车身受到外界各种振动的激励，使得车身运动千变万化，研究车身动态特性对分析客车平顺性与车身疲劳寿命有着相当重要的意义。车身的动态特性可以由模态分析来获得，包含：固有频率与相应频率下的振型。

本文模拟客车车身在无阻尼的自由振动状态下，仿真计算其固有频率和相应的振型〃立有限自由度的弹性系统运动模型方程，通过相关理论推导，具体形式为：[M]㈣ [c]㈣[K P)利用先前创建 的车身有限元模型，通 过ANSYS软件仿真计算与分析，该客车车身骨架的低频段固有频率及相应频率下的振型结果如表 2所示。

5 结论对研究的客车车身的结构进行了分析，合理简化建模基本数据，建立了车身计算机辅助模型。

在此基础上定义梁单元，对客车车身进行网格划分，并设定边界约束条件，获得了客车车身骨架的有限元计算模型。在各种不同工况下校核了其车身模型的强度、刚度等主要设计参数。仿真分析的结果表明，该客车车身骨架结构的强度、刚度均能达到设计要求，车身刚度、强度裕量较大，有较好的设计优化前景。最后，客车车身模态分析的结果表明，该车身的模态参数分布比较合理，因此平顺性与动态性能也较好。