全承載式結(jié)構(gòu)的車身承載了轎車在使用過程中的各種載荷，其中主要包括扭轉(zhuǎn)載荷、彎曲載荷、扭轉(zhuǎn)彎曲復(fù)合載荷以及碰撞載荷等，所以轎車車身的剛度具有相當(dāng)重要的作用。目前現(xiàn)代轎車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，轎車的車身結(jié)構(gòu)大部分采用全承載式結(jié)構(gòu)。剛度不足就會(huì)引起車身門窗和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的變形，以導(dǎo)致轎車車窗玻璃的破壞，車門被卡能現(xiàn)象。車身剛度不足，必然其固有頻率也會(huì)較低，從而容易引起結(jié)構(gòu)共振和噪聲，將嚴(yán)重影響駕駛?cè)藛T和乘客的乘坐舒適性。本文采用世界知名的有限元前處理軟件 Altair HyperWorks，進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并利用其中Connector 模塊進(jìn)行白車身模型的焊接，利用 Nastran 進(jìn)行白車身的模態(tài)分析。
2 有限元模型的建立
2.1 網(wǎng)格劃分
采用 HyperMesh 軟件劃分有限元網(wǎng)格。由于轎車的白車身主要由鈑金件組成,因此利用四邊形和三角形殼單元對(duì)白車身模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。有限元網(wǎng)格劃分完之后,對(duì)有限元模型進(jìn)行單元質(zhì)量檢查、重復(fù)節(jié)點(diǎn)與重復(fù)單元檢查、自由邊檢查，最終生成有限元模型。
2.2 焊接模擬
一部轎車的白車身大約有四千左右個(gè)焊點(diǎn)，一般是由車身的六大部件焊接成型，其中包括地板總成、左右側(cè)圍、頂蓋、下車身、后擱板。本次分析的車型：兩層焊共 2387 處，三層焊共 1221 處。
ACM 焊接是一種特殊的焊接方法（Area Contact Method），不同于剛性單元結(jié)點(diǎn)連接的方法。它是由一個(gè)六面體單元（PSOLID）和 RBE3 單元組成，更能準(zhǔn)確模擬焊點(diǎn)信息，不會(huì)增加局部的剛度。
如果要是手工做這種焊接是非常浪費(fèi)時(shí)間和人力的。在 HyperMesh 1D 面板中有Connector 模塊，這是一個(gè)非常方便并且功能非常強(qiáng)大的工具。它可以根據(jù)焊點(diǎn)信息自動(dòng)生成 weld, bolts, adhesives，還可以根據(jù)不同的求解器的需求生成特殊功能的焊接單元，例如：CWELDs, MAT100s, ACMs 等焊接。并且做好一種焊接之后可以很方便的進(jìn)行不同焊接種類的轉(zhuǎn)換，這樣大大節(jié)省的時(shí)間，提高了工作效率。
2.3 材料與屬性
計(jì)算中所使用的材料參數(shù)如下：
·鈑金件的材料參數(shù)：
·彈性模量：206 GPa
·材料密度：7.8e+3kg/m3
·泊松比：0.3
固體焊塊的材料參數(shù)：
·彈性模量：206 GPa
·材料密度：0kg/m3
·泊松比：0.3
3 利用 Connector 生成焊點(diǎn)
首先，先將白車身分成六大部分，地板總成、前機(jī)艙、頂蓋、左側(cè)圍、右側(cè)圍、后檔板，分別生成各自的焊點(diǎn)，然后再生成裝配的焊點(diǎn)。不同的部分要分別建立 assembly，這樣能很方便的顯示所關(guān)注部分的網(wǎng)格。在生成各自焊點(diǎn)的時(shí)候，一般先做兩層焊，然后再生成三層焊。以下將以地板總成為例說明 ACM 焊接的生成方法。
導(dǎo)入地板總成焊點(diǎn)的 Point 文件（焊點(diǎn)兩層三層焊接信息主要由設(shè)計(jì)部門提供），切換僅顯示兩層焊的焊點(diǎn) Point。
Location：選中焊點(diǎn)，即兩層焊的 Point 點(diǎn)
Connect what:選中地板總成中的 component
Num layers:選 total2，表示兩層焊接
Type:選 acm(shell gap)
這時(shí)軟件就會(huì)根據(jù)焊點(diǎn)信息自動(dòng)生成 ACM 焊接，速度很快。生成之后要檢查焊接單元的質(zhì)量，以及焊接的關(guān)系是否正確。以此對(duì)應(yīng)有不同的功能來檢查這些問題。Quality 面板主要檢查，生成焊接是否有重復(fù)的情況。
Info table 面板主要是查看焊接關(guān)系的正確性和焊接是否成功，焊接成功則在 State 一欄表示為 realized。
根據(jù)以上的檢查確認(rèn)焊接正確以后，模型就可以進(jìn)行計(jì)算了。
當(dāng)轉(zhuǎn)化模型焊接方法的時(shí)候，選擇已經(jīng)生成好的 connector，重新進(jìn)行 realize,這時(shí)能迅速的轉(zhuǎn)化焊接類型,并且保留以前各部件的焊接關(guān)系，不用進(jìn)行再次焊接關(guān)系檢查。
Type：選 bar2,即可生成碰撞模型中常用的 MAT100 焊接方式（Welds with*MAT_SPOTWELD material card ,and *SECTION_BEAM property card and*CONTACT_SPOTWELD card）。
這些 Connector 信息只保存在 HM 文件中，并不會(huì)寫到計(jì)算的二進(jìn)制文件中。這時(shí)我們可以導(dǎo)出 Connector 信息，或者根據(jù)二進(jìn)制文件中的焊接方式來重新生成 Connector 信息。
Connector 中的 feabsorb 面板可以很快速的重新生成 Connector 信息，這大大方便了改變焊接方式。
4 計(jì)算結(jié)果
利用 Nastran 進(jìn)行模態(tài)求解，HyperView 進(jìn)行結(jié)果后處理，得到白車身自由模態(tài)下的固有頻率和振型。如下表：
模態(tài)階數(shù) 固有頻率（Hz）
1 33.9
2 38.5
3 41.3
4 48.8
5 49.6
第一階模態(tài)主要是由頂蓋的橫向擺動(dòng)及白車身整體橫向扭轉(zhuǎn)模態(tài)組成。其中后頂蓋的擺動(dòng)幅度最大。
從結(jié)果分析來看，該車型的整體剛度基本滿足設(shè)計(jì)要求。通過白車身自由模態(tài)下的固有頻率和振型的計(jì)算，可以反映轎車車身的整體剛度性能，從而可以輔助車身設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)。
（轉(zhuǎn)載）
