基于ABAQUS的汽车结构系统级分析方法及应用

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2025-05-21 | 454 次浏览 | 分享到:

一、背景

有限元线性、单部件强度分析是有限元方法应用最为成熟的一个方面，也是被非专业工程师最为容易掌握的一种分析方法，因此，在机械、汽车、飞机、石油等行业有着广泛的应用。虽然有限元线性强度分析方法有着易学、易用的特点，但是由于其理论基础局限于线性领域，造成了过多的分析假设，因而使其应用的深度、精度都受到了很大限制。然而，随着制造业特别是汽车行业竞争的加剧，为减少汽车研发成本、缩短开发周期、提高企业产品市场竞争力，CAE分析在汽车研发中的地位越显突出，CAE工程师必须在汽车设计阶段就为设计人员提供精确、可靠的计算结果，以避免数模冻结后由于设计缺陷而产生的设计更改。传统的汽车结构分析方法以单个或少个部件为分析对象，由ADAMS计算载荷，根据结构之间的运动关系施加约束，采用线性求解。由于CAE工程师对载荷、约束条件难以把握，因而也就难以保证分析结果的精度，实践证明传统方法已越来越不能满足现代汽车结构设计的需要，因此，探索一种针对汽车结构系统级分析方法就成了汽车 CAE 结构工程师的当务之急。

二、分析方法

汽车结构系统级分析方法是以系统分析思想为指导，采用HyperNesh做前处理，使用ABAQUS求解器及后处理，考虑了接触、结构大位移、材料非线性、衬套刚度、弹簧安装力、弹簧刚度、减震器、限位块等因素，以轮胎中心为载荷激励点，车身相关点为约束位置，考查系统结构在典型工况下的位移、应力响应，为设计提供高效、准确的分析结果。

三、分析流程

为保证分析精度，需要将分析对象复杂化;为提高分析效率，需要将复杂问题简单化，而保证复杂问题简单化的有效途径是分析方法流程化、标准化，因此，汽车结构系统级分析方法的运用要求以分析过程流程化、标准化为前提。通过对不同汽车结构、不同分析方案的对比分析，制定了前处理过程中每个流程下的处理标准，图1说明了分析流程与分析标准的结合，极大的保证了分析快速、高效的进行。

汽车结构系统级分析方法标准化流程图

图1汽车结构系统级分析方法标准化流程图

四、分析优势

汽车结构系统级分析方法与传统分析方法相比，具有以下明显优势:第一，避免了误差的传递与积累，由于分析假设少，考虑因素多，使得误差的产生(不含不可避免的误差)不再与载荷计算、约束方案相关，而只与衬套、减振器、弹簧等输入参数的准确性相关，因而，从根本上保证了分析结果的精度。

第二，避免了传统方法中较为普遍的现象--一个问题的解决是以新问题的产生为前提，运用汽车结构系统级分析方法后能够很好的克服该现象的发生，局部的设计更改能够清楚的反映系统中其它部件强度、刚度的变化，为设计更改的可行性提供了更为有利的保障。

第三，降低了分析门槛，在传统方法中，熟悉结构部件之间的相对运动关系是保证分析准确性的前提而汽车结构系统级分析方法将这一分析前提变成了分析的结果，使CAE结构工程师可通过分析结果直观的了解结构特性，打破了CAE分析中懂理论的不懂结构、懂结构的不懂理论的尴尬境地。

第四，方便了模块化方法的运用，汽车结构系统级分析方法为实施模块化的思想提供了必要性，对提交的分析文件进行模块化处理，理清了分析思路，提高了工作效率，适用了缩短分析周期的需要。

总之，汽车结构系统级分析方法具有高效率、高精度的特点，但该方法同时对CAE结构工程师提出了更高的挑战:由于分析模型规模大，复杂度高，遇到问题的几率、难度大大增加，一个小小的疏忽对整个分析的顺利进行都可能是致命的，因此，CAE结构工程师应该具备扎实的理论基础、清晰的分析思路，同时高效的计算机资源是必不可少的条件。

五、工程实例

5.1车身后纵梁开裂

(1)问题描述

某车型路试强化 5638公里在车身后纵梁与板簧连接处出现严重开裂。分析目的:找到产生该破坏的根本原因，为解决方案提供分析依据。

某车型路试强化5638公里实验结果