简单分析白车身(BIW)弯曲刚度优化问题
上次对白车身进行刚度分析的结果如下位移云图所示,纵梁两边的取两节点进行Y向位移读数,得到:在两边各加载2500N载荷下,节点1212332 的Y向位移为-0.45136mm,节点1181419的Y向位移为-0.46558mm,平均位移为:-0.45847mm.
计算优化前刚度值为:k=F/D=5000/0.45847=10906N/mm
刚度不足原因分析
当结构受到载荷时,结构会变形,载荷做的功会以应变能的形式存储存在结构内,应变能高的部位表征结构在这个位置上储存的能量多,刚度弱,如果我们在应变能高的位置对结构进行优化,提高该部位的局部刚度,有助于提高白车身整体刚度。
通过上次的分析计算,我们得到白车身在两边各施加2500N的载荷下,对应的应变能(strain erengy)云图,如下所示:
我们可以发现,在前后悬挂安装位置附近出现明显应变能集中的情况(颜色越深,表明应变能越高),可以肯定认为,前后悬挂安装位附近刚度不足。找到了问题出现的地方,接下来我们就开始对该部位进行结构优化。
结构优化过程
第一,我们回看一下优化前结构是怎么样子的,下图所示为优化前 前悬挂安装位置(前炮塔)结构。
我们可以看出,该结构主要由两个部件组成(亮绿色与墨绿色部件),亮绿色部件厚度为2mm,墨绿色部件厚度为0.9mm. 两部件通过焊点焊接在一起。
方案一:
为了提高该部位的局部刚度,我把墨绿色部件结构做出了以下优化,如下图所示。注意到,墨绿色部件边缘被延伸到悬挂安装孔周边,部件从一个开口形状优化成一个封闭的结构,然后增加了5个焊点来加强两部件的连接强度;
方案二:
同时把亮绿色部件的厚度从2.0mm加厚到2.3mm,进一步增加与悬挂连接处的局部刚度。
优化结果
把以上两个优化方案组合起来,同时应用到左右两侧结构,从新提交到Nastran进行静力分析计算,计算出优化后白车身位移响应云图如下所示:
由位移云图我们可以查看到,在同样的边界条件下,节点1212332 的Y向位移降低到-0.40559mm,节点1181419的Y向位移降低到-0.41951mm,平均位移减少为:-0.41255mm.
优化后白车身弯曲刚度提升到:k=F/D=5000/0.41255=12119N/mm,达到目标值 12000N/mm。
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