汽车车身有限元知识总结

一．绪论1.有限元方法的意义：减少物理实验，降低研发成本，提高产品质量。2.传统有限元应用行业：航天工业，汽车工业，电站，造船业，建筑业，气象学。3.有限元方法的应用范围：结构分析，场分析，谱分析，模态分析，疲劳分析，CFD。4.有限元法定义：a，考虑整体的有限元素，b，把各个元素组的局部答案组合成整体答案。C，数字计算方法，d，离散化5.材料力学和弹性力学比较：研究方法：材料力学：对构件的整个截面来建立条件，对截面的变形状况和应力状况进行假设，简化了数学计算，结果不精确。弹性力学：对离散小单元建立数学方程，无需假设，分析方法严密，所以可以用弹性力学的答案来验算材料力学的精确程度。6.结论：弹性力学和材料力学都属于固体力学领域，弹性力学研究范围更普遍，分析更严密，结论更精确。7.有限元分析的几个物理建设：物体连续：整个体积内部被介质填满，不留任何空隙。物体均匀：整个物体有同一种材料组成，各部分物理性质相同，弹性模量和泊松比相同。物体完全弹性：外力除去时，无残余变形。物体各项同性：物体中每一点各个方向的物理性质和机械性质相同。物体变形微小：受外力时，各店位移远小于原有尺寸。（应变和转角远小于1，高阶项略去，线性变化）8.有限元基本概念：变量：应变，应力，变形；物理常量：泊松比，弹性模量基本方程：平衡方程，几何方程，物理方程边界条件：力边界，位移边界。9.弹性模量：弹性变形阶段应力和应变成正比例关系，其比例系数称为弹性模量。（E）10.泊松比：纵向应力引起的横向变形和其纵向变形比值的绝对值。（0.27-0.3）11.外力：体力：重力，惯性力，电磁力面力：压力，物体之间的接触力内力：应力12.应变：微分单元的相对变形正：长度，，剪应变（切应变）：夹角变化。13.平面问题的有限元求解过程：几何离散：三角形或四边形单元单元特征分析：构造位移函数，单元应变和单元应力，单元集成：系统的总势能，变分处理：系统的平衡方程组。整体分析14.结构失效类型和理论划分：静态试验：强度和刚度试验动态试验：强度和刚度试验模态试验测试设备：声音，力，温度，位移A/D,D/A，数字I/OLMS,NI，安捷伦，HBM二．等参单元1.基本概念：往往希望有单元精度高，边界适应性好的单元；矩形单元比三角形精度高，三角形有更好的适应性。2.等参单元定义：以规则形状单元的位移函数相同阶次函数为单元几何边界的变换函数，进行坐标变换所获得的单元；由于单元边界的变换式与规则单元的的唯一函数有相同的节点参数（相同形函数），故称为等参单元。等参单元可对任意形状进行离散化。三．汽车车身梁结构1.白车身组成：A,B,C柱；四门两盖；翼子板；侧围；前后纵梁。2.梁结构分类：空间钢架结构，平面钢架结构，平面板架结构，桁架结构3.各种梁结构特点：空间钢架结构：a，梁不至于空间，不在同一个平面内b，承受任意方向外载荷C，梁连接处刚性连接平面钢架结构：a，梁，外力，变形和约束力在一个平面内B，梁连接处刚性连接，即转角和位移连续C，梁只受平面内轴向力，剪力和弯矩平面板架结构：A，梁处于同一平面内B，受到垂直于梁平面的外力C，梁承受弯曲，剪切和扭转桁架结构：A，梁按三角形连接B，轴向力起决定性作用C，梁节点处自由转动4.刚度方程建立方法：各单元位移与各单元节点力之间的关系单元刚度矩阵；构造整体刚度矩阵；考虑约束条件，得到等效节点力和位移之间的关系5.刚度矩阵性质：刚度矩阵是对称矩阵；刚度矩阵程带状分布规律；大型结构刚度矩阵是稀疏矩阵；结构刚度矩阵是奇异矩阵。6.约束条件的处理：根据已知位移约束条件对整体刚度矩阵进行修改。7.置零归一法8.有限元位移法分析步骤：A。选定单元类型，将结构进行离散，并对单元和节点编号B。选定单元坐标系和结构坐标系C，计算等效节点载荷和综合节点载荷D，写出相对于单元坐标的单元刚度矩阵E，通过坐标变换求相对结构坐标系的单元刚度矩阵F,考虑节点力平衡条件和位移协调条件，建立结构刚度方程G，经约束处理，得结构基本方程H，解基本方程，求出全部节点位移9.客车车身主要由蒙皮、车身骨架、牛腿及横担焊接而成；蒙皮、牛腿常用板壳单元；车身骨架常用空间薄壁梁单元。10.单元类型：忽略某些较小的、不承受载荷的支架；所有螺栓孔、铆接孔以及某些粱、支架上直径较小的孔；板单元尺寸为60mm，局部细化结构单元尺寸为10mm。整体三角形单元不超过4％，局部不超过6％。用节点重合或者全约束主从节点rbe2单元模拟车身焊接关系。11.弯扭组合工况：弯扭组合工况强度分析是在弯曲工况的基础上，分别模拟分析某侧车轮悬空下车身骨架的强度五．汽车车身结构强度和刚度实验1.工程测试技术基本原理：将被测非电物理量变换成电量然后用电测量仪器对此电量进行测量2.传感器：根据不同敏感元件非电量的特点设计成的变换装置3.车身结构静强度和刚度试验：目的是考察典型静态工况下，车身结构的应力分布与薄弱环节，以及整车刚度指标。典型工况主要是弯曲与扭转工况。测点布置：a，测量应力（应变）的点越多越好。B，受测量仪器条件的限制，不能进行上百测点的测量时，可精选一批测点进行测量。C，车身结构发生断裂及受力大的部位多在骨架交叉焊接处。应变片布置：a对于蒙皮，应变片粘贴在外表面；b对于骨架构件断面，可通过分析断面上的应力分布确定贴片位置。c刚度试验的挠度、转角测量点一般选在半承载式车身的车架或全承载式车身底架或地板上平齐的特征点上。