SUV白车身模态分析与优化

蔡智清 崔俊杰 赵海龙

摘要：文章具体分析如下：先利用四边形或三角形单元离散整个车身，采用有限元分析方法，以某汽车企业SUV的白车身为模型，在不增加白车身自重的基础上，用Hypermesh画出白车身模型，接着分析研究了白车身的模态、并与一般目标值进行了比较和优化，以确保白车身的安全性和可靠性。通过对白车身结构的基本研究，可以更好的与设计完美地结合，验证一定的准确性。对今后的CAE分析奠定了基础，为改善汽车结构与分析提供很关键的现实意义。

关键词：白车身；模态；CAE；优化；安全性

一、引言

如今世界日新月异地变化，科学技术地迅猛发展，汽车行业的需求越来越大。随着社会的快速发展和科技不断创新，白车身设计一直是新车型发展的主导，其内在特征直接控制着汽车的性能。模态分析也可以获得一些零件的基本属性，不断创新改进为了生产出满足需要的产品。通过 Optistruct仿真软件和理论标准值，分别进行了仿真模式分析和测试模式分析，得到它们两种模式下的车身固有频率和各种振动状态。将仿真模型与测试模型进行了比较，对结果优化达到一定合理性。

二、有限元模型建立

根据白车身几何导入，清理，利用Hypermesh画出有限元模型。如图所示，模型钣金件采用shell单元，粘胶采用solid单元，网格尺寸大小为10mm， 白车身整体有限元模型总结点数为367574，总单元数为351145；包括前后地板、门槛、侧围、发动机室、顶盖、后围等零件。

三、模态分析

本文白车身分析的是自由模态，由于对白车身的振动响应影响比较大的激励频率多集中在低频率，为此分析了该车的前12阶典型振型，由于前6阶振型为刚体模态，故从第7阶模态分析开始，模态分析结果如下：

四、分析与优化

对于白车身全局来说，合适的弯曲模态和扭转模态至关重要，因此本文只对弯曲模态和扭轉模态进行分析。将分析值与目标值（一般国家标准）进行对比：

扭转模态：22.45Hz<25（目标值）

弯曲模态：47.74Hz〉45Hz（目标值）

分析结果可得弯曲模态大于目标值，符合标准；但扭转模态小于目标值，不符合标准需要进行优化。

普遍优化的方法：尺寸优化、形貌优化、拓扑优化

本模型通过改变后门铰链的结构与增大前排座椅安装点附近零件面积加焊点的方式（如下图），同上得到的扭转模态为26.42>25目标值，从而符合标准。

参考文献：

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（作者单位：中北大学 机械与动力工程学院）