2.2.2 车架、车身模态分析

    　车身设计应满足车身刚度和强度设计要求。

    　刚度不足，将会引起车身的门窗、发动机舱口等发生变形，导致玻璃破碎、车门卡死等现象；同时，低刚度必然伴随低的固有频率，易发生结构共振和噪声，影响人的乘坐舒适性。利用Nastran SOL103 进行结构、声腔模态求解，可以在设计初期识别系统整体、局部模态频率、振型；结合整车设计要求，对不同频率、各个子系统之间的相互作用做出评估，从而采取合适的设计策略合理的分布车身系统的频率；同时根据计算结果，对于影响室内噪声的部位，在考虑成本、安装条件、设计目标的选取合适的阻尼材料，达到最优的减振、降噪目的。

    　现代车身用骨架构件加薄钢板互相连接，形成承载结构的“网络”，它们之间互相依存。车身设计十分强调承载结构的合理性，不论受静力还是受变化的力，车体本身各部分都要和谐地变形，没有特别薄弱的环节。利用模态分析，可以帮助设计工程师确定车身薄弱环节，在最少的设计循环下，找到合理的改进措施。

   　 利用UGS的IDEAS CAE软件，可以模拟焊点联接，它提供通用的两种模拟方法CWELD和ACM2，并且焊点的生成与网格无关，能够轻松的实现设计更改而不必重新做焊点。其有限元模型的装配管理模式，可以方便的实现三维CAD数据和CAE有限元模型的关联，当三维模型几何、定位发生改变时，只要点取有限元装配更新，不必重头再做，提高了工作效率。
 

图6  车架、车身结构有限元模型模态振型
 
图7  车身声腔限元模型模态振型

    　通过车身结构、车身声腔模态分析，可以发现二者之间的耦合关系，为车身NVH设计提供指引；通过车身、车架模态分析可以为车身悬置位置布置提供指导。

    　强度不足则引起车身构建早期出现裂纹和疲劳断裂。利用Nastran SOL101 进行强度分析，可以在设计阶段提前发现车身构件的薄弱环节、刚度变化是否合适，快速实现各个设计之间的对比，减少设计开发的盲目性。
 

图8  车身地板强度分析应力云图

    2.3 整车有限元分析

    　在IDEAS CAE模块中建立整车模型，通过强度、刚度计算，可以发现各个部件之间、各个系统的力的传动关系，检验与设计目标是否相符；通过模态分析，可以发现各个系统之间的频率分布，指导NVH设计。结合Nastran SOL200 可以同时考虑模态、整体刚度、关键部位强度对各个部件的设计灵敏度等进行计算，在保证强度的前提下，进行减重设计、部件优化。

图9  车身地板强度分析应力云图

    3 结论

    　福田公司通过在开发过程中开展CAE工作，提高了产品开发质量、缩短了产品开发周期、节约了产品开发经费。概括起来，采用CAE的优点如下：

    1、 采用计算机辅助工程（CAE）手段，可以在样品、样车之前，模拟零部件甚至整车的性能和工作状况，避免传统上的设计－试制－测试－改进设计－再试制的重复过程。减少了时间上的浪费、缩短了开发周期，减少了人力、物力和财力上的消耗而减低开发费用。

    2、 国内设计部门随着三维设计的普及，为开展CAE工作奠定了基础，使开展同时工程成为可能；同时，在开发过程中应用CAE技术，也改变了CAD在开发中只进行几何模型定义，在开发同时进行功能设计、性能设计。

    3、 在产品开发过程中开展CAE工作，改变了传统设计中的依靠经验进行定性分析、缺少定量数据的设计方法，使产品减重、性能优化成为可能；同时，采用CAE计算能在短时间内尝试和比较更多的设计方案，因而有可能获得较佳甚至最优的设计而提高开发质量。(E-works)