1 前语
轿车车架是轿车各大总成的载体，是重要的受力部件。车架作业时要接受改变、曲折等多种载荷发生的弯矩和剪切力，一起遭到来自路面和车桥的激振而发生振荡，规划中除了要有满足的强度、满足的抗弯刚度和适宜的改变刚度确保轿车对路面不平度的适应性外，合理的振荡特性也是十分重要的，以防止轿车在运用过程中各部件之间发生共振，导致某些部件的前期损坏，下降轿车的运用寿命。因而，车架结构模态剖析在现代轿车结构规划中具有十分重要的含义。
HyperWorks为美国澳汰尔(Altair)公司的有限元结构剖析与优化软件，包含MotionView、HyperGraph、HyperForm、HyperOpt、OptiStruct、HyperMesh等多个功用模块，其间HyperMesh为前后处理器，OptiStruct为结构剖析和优化东西，内含有限元求解器。
这儿以某公司新开发的中巴车车架为研讨目标，运用HyperWorks树立以三角形壳单元和四边形壳单元为根本单元的车架有限元剖析模型，剖析了该车架的前七阶固有频率及振型，为车架响应剖析供给了重要的模态参数，一起也为结构的改善规划供给理论依据。
2 HyperWorks建模流程
HyperWorks有限元建模流程参见图1。
图1 HyperWorks建模流程
在运用HyperWorks进行有限元建模时，需求留意以下几个问题：
(1)导入CAD几许数模（Pro/E、NX、CATIA等）时，假如几许模型很简略，能够考虑运用HyperWorks自带的简略建模东西进行几许建模。假如是较大的项目，需求考虑模型规划的巨细，在模型导入前去掉某些不必要的零件，并对一些杂乱模型进行简化处理，疏忽对全体力学性能影响较小的几许细节如半径为5mm以下的孔、过渡圆角或倒角以及2mm以下的搭接边上的凸台等。
(2)假如导入的CAD模型是实体零件，则需求运用HyperWorks的MidSurfacef（中面抽取）功用对薄壁零件进行中面的抽取作业。
(3)从CAD导入的曲面模型或抽取的中面往往存在缝隙、堆叠、错位等缺点，则需求运用HyperWorks的Geometry Cleanup(几许整理)功用消除错位和小孔，紧缩相邻曲面之间的鸿沟，消除不必要细节，以进步整个区分网格的速度和质量，削减计算误差。
(4)有限元网格剖分时，应依据剖析的意图并结合模型的特色，挑选恰当的单元类型，并依据计算机的才能和要求的精度确认适宜的网格巨细，区分网格。
(5)单元质量对有限元计算成果有较大影响。在有限元网格区分时，查看并操控单元的质量参数显得尤为重要。网格查看内容一般为是否有重复的节点、重复的或短少的单元，以及高度畸变或翘曲的单元。单元尺寸应得到操控，如单元长宽比110；单元内角≥30°；单元翘曲角≤20°；单元尺寸应尽量均匀，要防止特别小的单元。在运用RBE2单元时，须辨明主次，即同一个节点只能丛归于一个主点。
(6)施加载荷和鸿沟条件是有限元模型的精华，这一步需求的是经历和依据经历做出某种简化或许取舍的勇气。
3 车架有限元模型的树立
下面从本文研讨目标（车架）的结构、CAD数据的导入、有限元网格的剖分等几个方面，介绍根据HyperWorks的车架有限元剖析模型树立。
3.1车架的结构
这儿研讨的车架为边梁式车架结构，由左右分隔的两根纵大梁、两根纵副梁和9根横梁组成，第1、2、5、8、9横梁均为槽型横梁，3、4、6、7横梁为K形横梁。车架长约7. 5m，前、后端宽0.8m，纵大梁断面为槽型，选用等截面规划，大梁板厚为6. 5mm，其它纵、横梁板厚均为Smm。整个车架结构如图2所示。
图2 车架三维模型
3.2三维模型的导入
这儿所剖析的车架模型是由Pro/ENGINEER2001树立的三维实体模型，因而能够直接运用HyperWorks供给的PROE接口导入模型。
整个车架模型导入时，绝大部分零件几许质量较好，但也有零件曲面变形的状况。针对曲面零件几许变形的景象，咱们将该零件在Pro/ENGINEER中保存为IGES的格局，然后运用HyperWorks供给的lGES接口读入，即可得到满足的作用。因而在运用软件时不能盲目地信任与CAD软件的直接接口不会呈现模型信息丢掉或几许变形的问题，在几许模型导入呈现问题时，通用的IGES格局往往能够获得较好的作用。
3.3网格区分
车架结构根本对称，为了削减网格剖分的作业量，仅保存几许模型的一半，在此根底上树立有限元剖析模型。
运用HyperWorks的中而抽取功用Midsurface，对车架中的薄壁件抽取中面时，因为导入的车架模型几许质量较好，故不需求对其进行几许整理。
车架纵梁和横梁是经过铆接联合的，建模时以为纵梁和横梁的联接是刚性的。因为车架纵梁上的小圆孔只影响纵梁上很小的部分区域的刚度，而对整个车架的计算精度影响很小，为简化模型，减小解题规划，建模时将这些小孔疏忽不计，但要保存与横梁等零件的联接孔。在钢板绷簧前后支架等实体件区分网格前，也对模型作了一些简化处理，如删去小的圆角、渠道等特征。
车架结构有限元剖析模型中选用四边形壳单位(QUAD)、三角形壳单位(TRIA)、混合型壳单元(MIXED)模仿构成车架的薄壁件，选用四面体单元(TETRA)模仿钢板绷簧前后支架等实体件，选用反映主从关系的刚性单元(RBE2)模仿零件间的焊接与螺栓衔接．图3为副梁与其加强板间的焊接。
4 车架的有限元模态剖析成果
运用HyperWorks的Optistruct求解，得到的车架前七阶固有频率及振型描绘见表1，其振型图略。
5 结语
这儿对中巴车车架进行有限元模态剖析，得到车架结构的固有频率与固有振型，不只能够反映结构的动刚度特性，并且仍是剖析结构动力响应和其他动力特性问题的根底，能够协助产品规划师在后续规划中避开这些频率或最大极限地减小对这些频率上的鼓励，然后消除过渡振荡和噪声，一起也为结构的改善规划供给了理论依据。
HyperWorks是一个比较优异的有限元剖析软件，进入国内还仅有几年的时刻，因而需求在进一步的工程使用中不断总结和堆集经历。(end)
