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| 有限元分析 |
面向设计的车身结构分析是指在设计初期就对设计进行分析、评价和优化，通过计算机模拟对车身结构设计进行可行性方案确定，使设计思想得到充分体现从而提高初始设计的可信度。关于有限元分析模拟车身结构的强度、刚度和优化设计的研究，取得了大量的成果，但大多集中在产品的最终分析和评价方面。目前沿用的车身结构设计流程仍然以实车试验来确定强度、刚度的薄弱环节，设计和试验串行组织在一起。在车身定型前往往要经过多次反复修改，从而延长了车身设计和定型周期。部分设计者采用经验加试验的方法进行设计，但是经验数据往往趋于保守，会降低汽车的其他性能。因此，开展面向设计的车身结构强度、刚度有限元分析技术的研究并逐步加强企业在新产品开发中的应用具有重要意义。针对某轻型货车的改型设计，阐述了面向设计的结构分析的思路和方法。
为适应市场需要和产品系列化的要求，企业对其双排座轻型货车改型：预计结构的变动是将后门框加长85mm，将C立柱加宽50mm，车顶由低顶改为中顶，并由3车门改为4车门。
为了研究和对比方便，构造了以下3个不同结构的车身模型：①Truck-p，原车结构模型，低顶双排3门。②Truck-m，改型目标车型，中顶双排4门。③Truck-p-m，对比分析用模型，低顶双排4门。在对3种模型施加相同的约束和载荷的前提下，通过对3种模型的有限元结果进行对比分析，从而获得改型后车身的结构特性。
在建立白车身有限元模型时，首先使用软件UG构造装配后白车身的几何模型，然后用UG中GFEM模块提供的面向ANSYS软件的有限元前处理功能生成有限元模型。几何模型进行离散过程中选用了弹性4节点壳单元SHELL63。车型Truck-m的有限元模型，共24464个单元，20471个节点，122682个自由度；车型Truck-p共26420个单元，22237个节点，133278个自由度；车型Truck-p-m共24516个单元，20624个节点，123744个自由度。在所建的各有限元模型中，材料的主要力学参数为：密度d=7.8×103kg/m3；弹性模量E=210GPa；泊松比0.3。
车身承受载荷的模拟直接关系到计算结果的真实性。约束的模拟要求有足够的约束使结构消除刚体运动的可能，并且没有多余的约束。图为一种典型的前独立悬架，后置钢板弹簧非独立悬架汽车白车身的约束方式。
为了对3种模型作分析比较，研究车身结构变动对货车车身结构强度刚度性能的影响，分析采用与白车身静态试验时相同的工况，包括：
(1)弯曲工况：将白车身在车身悬置处用固定支撑约束。作用在实车上的载荷，如发动机2400N、变速箱和离合器1000N、油箱720N、备胎280N、乘员700×6=4200N，载重20000N，以集中力的方式施加在白车身有限元模型相应的节点上，车身自重用重力加速度10m/s2的方式施加。
(2)右前轮悬空工况：撤去弯曲工况时右前轮处的约束，其他约束和加载方式与弯曲工况相同。
(3)右后轮悬空工况：撤去弯曲工况时右后轮前后吊耳处的约束，其他约束和加载方式与弯曲工况相同。
(4)纯扭转工况1：去掉前轮处的所有约束，后轮处采用弯曲工况时的约束方案。去掉重力加速度以外的所有加载。在左侧纵梁与左前轮固定支撑处相对应的节点上施加垂直向上的3000 N的集中力，在右侧对应节点上施加垂直向下的3000 N的集中力。
(5)纯扭转工况2：约束左、右纵梁底面与后轮中心线相对应节点的自由度。作用载荷与工况1相同。
前3种工况用于研究车身主要开口的变形和应力分布，后两种用于研究扭转刚度及其分配。纯扭转工况2是为了求得通常意义上的车身扭转刚度，并研究此时车身扭转角沿车身纵向的分布。
由计算得出的数据都是关于节点位移和应力的简单数值。处理时选择适当的参考点，利用参考点处加载前后的数值变化来评价车身结构的强度刚度性能。对于刚度计算，弯曲工况时主要是计算车身底部的挠度；扭转工况时主要计算车身底部左右两侧的高度变化量。
