ug轿车建模毕业设计.doc

陕西理工学院毕业论文 设计 I 轿车车身的三维设计及强度分析 门飞 陕西理工学院热能与动力工程专业汽车 072 班 陕西 汉中 723000 指导教师 赵永强 摘要 为了达到节能与环保主题的要求 首先要对轿车车身进行优化设计 在最短 的设计周期完成最佳的设计方案 然后通过对合适的轻量化材料和轻量化设计方案的 选定 在满足汽车行驶的安全性 舒适性的基础上 以达到降耗减排的目的 本设计以 UG 为建模软件 以 CATIA 为分析软件 对轿车车身进行三维设计以及 强度分析 1 在建立模型方面 熟悉掌握 UG 曲面设计模块 从车身的各个部分的设计 再到 分析优化 2 在强度分析方面 研究了当前比较广泛使用的汽车轻量化材料 在满足强度 需要下 减轻车身重量已达到降耗减排的目的 关键词 车身轻量化设计 轿车车身 强度分析 优化设计 陕西理工学院毕业论文 设计 II The 3D Design and Strength Analysis Of Car Body Men Fei Shaanxi University of Technology Major Heat Energy and Dynamic Engineering Grade07 Class2 Hanzhong 723000 Shaanxi Advisor Zhao Yongqiang Abstract In order to achieve the theme of energy saving and environmental protection requirements we must first optimize the design of the car body in the shortest design cycle to complete the best design and then through a suitable lightweight materials and lightweight design programs selected to meet the automotive driving safety comfort based on in order to achieve the purpose of saving and emission reduction UG as a model of the design software for CATIA analysis software three dimensional car body design and strength analysis 1 in the establishment of modeling surface design module UG familiar with from various parts of the body design to analysis and optimization 2 In the strength analysis the study compared the current extensive use of lightweight materials vehicles to meet the needs of lower intensity to reduce body weight has reached the purpose of saving and emission reduction Keywords Body lightweight design car body strength analysis optimization design 陕西理工学院毕业论文 设计 III 目录目录 引言引言 1 1 1 1 概述概述 2 2 1 11 1 选题的目的及意义选题的目的及意义 2 1 21 2 轿车车身的轻量化设计在国内外研究现状轿车车身的轻量化设计在国内外研究现状 3 1 2 1 国外研究应用现状 3 1 2 2 国内研究应用现状 3 2 2 轿车车身三维模型的建立轿车车身三维模型的建立 5 5 2 12 1 UGUG 软件介绍软件介绍 5 2 22 2 UGUG 下轿车车身的三维建模下轿车车身的三维建模 5 2 2 1 轿车车身顶曲面的建模过程 5 2 2 2 轿车车身车头曲面的建模过程 16 2 2 3 轿车车身侧曲面的建模过程 17 2 2 4 轿车车身车灯曲面的建模过程 18 2 2 5 轿车车身车尾曲面的建模过程 19 2 2 6 轿车车身车头过渡曲面的建模过程 20 2 2 7 轿车车身车轮过渡曲面的建模过程 21 2 2 8 轿车车身车门过渡曲面的建模过程 21 2 2 9 轿车车身其余过渡曲面的建模过程 22 3 3 基于基于 CATIACATIA 软件下的轿车车身的强度分析软件下的轿车车身的强度分析 2424 3 13 1 轿车车身强度分析轿车车身强度分析 24 3 1 1 CATIA 软件介绍 24 3 1 2 有限元技术的发展概况 24 3 1 3 有限元在车架中的应用 25 3 23 2 CATIACATIA 下轿车车架的建模下轿车车架的建模 26 3 2 1 轿车车架 B 柱的建模过程 26 3 2 2 轿车侧面槽型梁建模建模 28 3 2 3 轿车前挡风玻璃槽型梁建模过程 29 3 33 3 轿车车架静力学分析方法轿车车架静力学分析方法 29 3 3 1 B 柱的静力学分析 29 3 3 2 轿车侧面槽型梁静力学分析 33 3 3 3 轿车前挡风玻璃槽型梁静力学分析 35 陕西理工学院毕业论文 设计 IV 3 43 4 车架静力学分析结果车架静力学分析结果 35 4 4 结论结论 3737 致谢致谢 3838 参考文献参考文献 3939 英文翻译英文翻译 4040 陕西理工学院毕业论文 设计 第 1 页 共 46 页 引言引言 目前 汽车已成为现代生活不可缺少的一种交通工具 在发达国家 汽车的普及 已经达到很高的程度 平均每个家庭拥有各种汽车2 3辆 在中国 私车的人均拥有 量远低于发达国家水平 正是由于中国巨大的市场和汽车工业对国民经济的巨大推动 作用 汽车工业已被国家确定为国民经济的支柱产业 是国家扶持和重点发展的产业 之一 中国汽车工业经过几十年的风雨历程 已形成一个比较完整的工业体系 但与 国际汽车工业的先进水平相比 尚有很大的差距 我国汽车工业的发展 走过了引进 技术 合资生产及国产化工作之路 目前国家的汽车产业政策已调整为积极鼓励各企 业尽快形成自主开发能力 企业也深感为适应汽车市场激烈竞争的需要 必须不断更 新车型 开发品牌 才能设计制造出适合顾客需求的产品 车身在整个汽车结构中 不论就重量还是就成本而言 都占有相当大的比重 车 身结构的合理与美观直接影响到整车 车身结构设计直接决定整车的安全性 舒适性 美观性以及由车身外形与空气动力性能决定的操纵稳定性 动力性 经济性等 国内 外汽车生产的实践也表明 整车生产能力的发展取决于车身的生产能力 汽车的更新 换代在很大程度上也取决于车身 现代科学技术的迅猛发展 尤其是电子信息技术的高速发展 工业生产方式正发 生着巨大的变革 新的生产方式不断产生 汽车工业作为综合性的大型产业 也必须 顺应这个发展趋势 有限元分析技术在汽车工业中越来越广泛的应用 正是这种趋势 的表现 在采用有限元分析技术以后 发达国家的新车开发周期已由原来的5年缩短为 24 36个月 当今的CAD CAE技术己经成为衡量一个国家汽车工业技术水平的重 要标志之一 也是衡量一个汽车制造公司技术水平的重要标志 它已成为一个汽车公 司开发新产品 组织规模生产 加强市场竞争的重要手段 在缩短产品开发周期 提 高产品性能 质量和可靠性 实现车身结构轻量化等方面 起到决定性作用 在现代轿车开发过程中 无论是改进车型还是全新的车型 在车身开发过程中都 要投入相当多的人力和物力 其重要性可见一斑 在车身实体试制前 为了在车身设 计过程中就能掌握车身的结构性能 以有限元法为代表的车身结构CAE分析就必不可少 了 在车身CAD几何建模的基础上 采用有限元建模工具建立白车身有限元模型 分析 车身结构的静动态性能 在通过试验验证并修改有限元模型后获得的比较精确的模型 就可以为后续的车身动态和碰撞性能分析提供可靠的保证 对于分析过程中发现的车 身结构方面的缺陷 设计人员通过优化和反复分析提出最终的优化方案 从而指导车 身的设计 毫无疑问 通过车身结构的有限元分析 只要建立的模型足够精确 分析 的工况与实际相符 其结果具有较好的可信度 在此基础上提出的优化方案就可以大 大加快车身的设计开发速度 缩短整车开发周期 节约成本 陕西理工学院毕业论文 设计 第 2 页 共 46 页 1 1 概述概述 1 11 1 选题的目的及意义选题的目的及意义 目前 汽车已成为现代生活不可缺少的一种交通工具 在发达国家 汽车的普及已经 达到很高的程度 平均每个家庭拥有各种汽车2 3辆 在中国 私车的人均拥有量远 低于发达国家水平 正是由于中国巨大的市场和汽车工业对国民经济的巨大推动作用 汽车工业已被国家确定为国民经济的支柱产业 是国家扶持和重点发展的产业之一 中国汽车工业经过几十年的风雨历程 已形成一个比较完整的工业体系 但与国际汽 车工业的先进水平相比 尚有很大的差距 我国汽车工业的发展 走过了引进技术 合资生产及国产化工作之路 目前国家的汽车产业政策已调整为积极鼓励各企业尽快 形成自主开发能力 企业也深感为适应汽车市场激烈竞争的需要 必须不断更新车型 开发品牌 才能设计制造出适合顾客需求的产品 车身在整个汽车结构中 不论就重量还是就成本而言 都占有相当大的比重 车 身结构的合理与美观直接影响到整车 车身结构设计直接决定整车的安全性 舒适性 美观性以及由车身外形与空气动力性能决定的操纵稳定性 动力性 经济性等 国内 外汽车生产的实践也表明 整车生产能力的发展取决于车身的生产能力 汽车的更新 换代在很大程度上也取决于车身 近年来 由于汽车节能和环保主题的研究深入以及汽车车身新材料和工艺的应用 汽车车身轻量化发展的趋势越来越突出 相关的研究已经得到了世界范围的广泛认可 并将成为未来汽车发展的必经之路 汽车车身的轻量化工作在国际上越来越重视 已经成为众多汽车企业必争之地 欧洲铝协材料表明 汽车重量每降低 100 公斤 每百公里可节约 0 6 升燃油 大量使 用铝合金的汽车 平均每辆汽车可降低重量 300 公斤 从 1400 公斤到 1100 公斤 寿 命期内排放可降低 20 由此可见 伴随轻量化而来的突出优点就是油耗显著降低 汽 车车身约占汽车总质量的 30 空载情况下 约 70 的油耗用在车身质量上 必须要减 轻自重一提高整车燃料经济性为目的 另外汽车对全球二氧化碳和有害气体的排放 燃料资源和矿产资源的消费等影响很 大 为了构建今后可持续发展的汽车社会 各汽车厂家将解决上述问题作为最重要的 课题来研究 日本制定了 2015 年度消耗标准 乘用车的 2010 年度油耗标准平均降低 29 2 美国推出了每年 4 的 CAF 法规强化方针 欧洲法规要求 2008 至 2009 年的 二氧化碳排放目标 140 克每千米 2012 年乘用车单体目标平均 130 克每千米 为了减 低油耗 减少二氧化碳排放 强烈要求提高发动机的效率 减少车辆行驶阻力 减轻 汽车质量 所以 汽车的轻量化有助于汽车的 行驶 转弯 停车 三大基本性能的 提高 并且对环保要求的降低油耗和减少二氧化 碳发挥重要作用 陕西理工学院毕业论文 设计 第 3 页 共 46 页 因此 为了达到节能与环保主题的要求 这就要求我们首先要对轿车车身进行优化 设计 在最短的设计周期完成最佳的优化设计方案 然后通过对选定合适的轻量化材 料的轻量化设计方案的强度后 在满足汽车行驶的安全性 舒适性的基础上 带到降 耗减排的目的 本设计就是以 UG 为设计软件 对轿车车身进行优化设计 以期达到最优化设计方 案 然后以 ANSYS 为分析软件 完成对本设计的强度分析 以消除人们对安全性的顾 虑 1 21 2 轿车车身的轻量化设计在国内外研究现状轿车车身的轻量化设计在国内外研究现状 1 2 11 2 1 国外研究应用现状国外研究应用现状 20 世纪 90 年代 国际钢铁协会成立了 ULSAB U1traLi 曲 tsteelAuto Body 项目 组 该组织吸收了 35 个钢铁企业 分布世界 18 个国家和地区 该组织主要通过对汽 车的车身结构进行重新设计和改革生产制造工艺来达到整车车身轻量化的目的 其轻 量化的前提是保证汽车的原有强度刚度性能和不增加生产成本 该组织进行轻量化的 主要手段包括 1 利用高强度板材来代替传统板材 2 采用新的生产工艺比如 激 光焊接工艺 液压成型工艺等 3 利用有限元法对现有的车身进行重新的优化设计 利用计算机仿真技术以保证车身的各种性能指标 该项目完成时 取得了令人满意的 效果 试制的车身重量比原来降低了 25 个百分点 其车身弯曲刚度 一阶模态频率 车身扭转刚度都有了不同程度的提高 而生产成本比原来降低了 15 个百分点 整个车 身的各项性能与原来相比未丝毫的降低 除此之外 其他国家对车身轻量化技术的探 索从未停止过 韩国汉阳大学的 K H Lee G 一 J ParkJ 一 K Shin 和 S 一 L Son 对一轿车的 fi iff3 内板进行了重新的优化设计 该课题组主要用上述 ULSAB 组织所采取的轻量化方法 在保证车门强度和刚度的前提下 使得优化后的车门内板 重量减轻了 8 72 美国航空航天局兰利研究中心的 J SbiesZCzanski Sobieski 和 福特公司车辆安全部门的 R Y Yang 以及 SGI 公司的 S Kodiyalam 共同进行了轿车 的 BIP Body In Prime 基于汽车 NVH 和碰撞安全性要求下的轻量化研究 他们通过 应用 MSC NASTRAN 和 RADIOSS 分析软件 以汽车的 NVH 值和 BIP 变形量为约束条件 以 BIP 的各部件尺寸为设计变量 以车身重量为目标函数 使得车身重量在保证各项 性能的前提下减低了 15Kgtn 1 2 21 2 2 国内研究应用现状国内研究应用现状 国内对车身轻量化的研究始于上世纪 90 年代 基本上都是在一些高校和科研单位 展开 但是相对于整车的企业 他们的科研实力和科研经费投入都跟不上 使得对轻 量化的研究慢慢落后于国外汽车行业 2005 年 4 月吉林大学的余传文用板壳单元对某 陕西理工学院毕业论文 设计 第 4 页 共 46 页 载货汽车车身结构建立了有限元模型 对车身结构的静 动态特性进行了分析 在建 立车身梁单元优化模型的基础上 选车身纵梁截面尺寸为设计变量 车身体积为目标 函数 对车身进行了优化分析 从车身体积和其最大变形随着迭代过程的进行而变化 曲线可以看到车身的体积明显变小 自重明显降低 2007 年 武汉理工大学邓丽梅用 数值分析和优化设计等先进技术 以某汽车驾驶室为研究对象 建立了驾驶室详细的 有限元模型 通过几种典型工况下的强度分析 刚度分析 找出了车身在实际工况下 的危险部位 通过模态分析找出了驾驶室在动念激励时的薄弱环节 从而提出了车身 钣金的优化整改方案 同年合肥工业大学的张林涛 对某全承载式客车车身骨架进行 了建模分析 主要对车身骨架进行了静态应力分析研究 同时对客车车身结构有限元 模型进行了刚度灵敏度分析 并提取重要参数作为设计变量进行优化 结合相关研究 及计算结果 提出结构轻量化方案 按照此方案 在满足车身刚度及骨架应力分布均 匀的前提下 车身骨架共减轻 273Kg 2008 年 我国汽车轻量化技术创新战略联盟在 宁波正式宣告成立 据了解 作为我国汽车行业的第一个技术创新战略联盟 其中长 期发展目标是 开展汽车轻量化材料应用共性关键技术研究 攻克和自主掌握轻量化 核心关键技术 提升汽车行业轻量化材料应用水平 该联盟由中国汽车工程学会 中 国第一汽车集团公司 东风汽车公司 浙江吉利控股集团有限公司 奇瑞汽车有限公 司 重庆长安汽车股份有限公司 中国汽车工程研究院 吉林大学 哈尔滨工业大学 华东理工大学 宝山钢铁股份有限公司 西南铝业集团等 12 家单位共同组成 汽车轻 量化联盟的 12 个成员单位将获国家拨款 1 亿元 企业自筹 5 亿元的资金保障 联盟将 围绕汽车轻量化共性关键技术开展攻关 在 2008 年到 2010 年之间完成设计新型轻量 化材料 轻量化材料先进成型技术等 3 个专题共 lO 个课题的工作 实现轿车减轻自重 8 10 的目标 从上述我们可以看出我们在产品设计的初期就采用轻量化辅助的范 例几乎没有 主要集中在卡车车身骨架 大客车车身骨架和轿车白车身的改型方面 这样设计与分析就未能做到真 下的并行 不能发挥 CAE 技术缩短新产品开发周期的 潜力 与国外相比 国内关于在轻量化设计过程中引入新的现代优化算法的研究比较 缺乏 分析内容往往只局限于刚度 强度 模态等三个方面 未考虑轻量化设计会影 响到其他方面的指标 这就要求我们在产品开发的初期就要引入有限元优化设计方法 利用计算机来预测所设计的新产品的动态和静态特性 慢慢积累设计研发经验 从而 提高自主研发能力和技术水平 这样到一定阶段 才使得创新变得有可能 陕西理工学院毕业论文 设计 第 5 页 共 46 页 2 2 轿车车身三维模型的建立轿车车身三维模型的建立 2 12 1 UGUG 软件介绍软件介绍 来自 Siemens PLM 的 NX 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产 品全生命周期管理转型的目标 NX 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件 用 于产品设计 工程和制造全范围的开发过程 如今制造业所面临的挑战是 通过产 品开发的技术创新 在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得 平衡 为了真正地支持革新 必须评审更多的可选设计方案 而且在开发过程中必须 根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策 NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统 它可以通过过程变更来驱动产品 革新 NX 独特之处是其知识管理基础 它使得工程专业人员能够推动革新以创造 出更大的利润 NX 可以管理生产和系统性能知识 根据已知准则来确认每一设计 决策 NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上 这些解决方案 可以全面地改善设计过程的效率 削减成本 并缩短进入市场的时间 通过再一次将 注意力集中于跨越整个 产品生命周期的技术创新 NX 的成功已经得到了充分的证 实 这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具 把 产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中 NX 产品开发解决方案完全支持制造商所需的各种工具 可用于管理过程并与扩展的 企业共享产品信息 NX 与 UGS PLM 的其他解决方案的完整套件无缝结合 这些对 于 CAD CAM 和 CAE 在可控环境下的协同 产品数据管理 数据转换 数字化 实体模型和可视化都是一个补充 UG 主要客户包括 通用汽车 通用电气 福特 波音麦道 洛克希德 劳斯莱 斯 普惠发动机 日产 克莱斯勒 以及美国军方 几乎所有飞机发动机和大部分汽 车发动机都采用 UG 进行设计 充分体现 UG 在高端工程领域 特别是军工领域的强 大实力 在高端领域与 CATIA 并驾齐驱 陕西理工学院毕业论文 设计 第 6 页 共 46 页 2 22 2 UGUG 下轿车车身的三维建模下轿车车身的三维建模 2 2 12 2 1 轿车车身顶曲面的建模过程轿车车身顶曲面的建模过程 在轿车车顶曲面的建模过程中 主要用到了一下命令 旋转 WCS 直线 样条 投影曲线 偏置曲线 曲线长度 组合 投影 移动至图层 拉伸 通过曲线网格 基准平面 修剪的片体 点 草图 相交曲线 桥接曲线 分割面 图层的设置 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 旋转 WCS 操作示例 选择菜单 格式 WCS 命令 或者直接 在 实用工具 工具条中单击 旋转 WCS 按钮 系统弹出 旋转 WCS 绕 对话 框 选择对话框中的复选框 定义 角度 为 90 单击 按钮或者鼠标中键完成工作坐标系的旋转 2 直线 操作示例 调用 直线 命令 系统弹出 直线 对话框 在工作窗口中单击鼠标右键 选择右键弹出菜单的 起始位置 点 选项 选择 点相 对于 下拉列表中的 ABS 选项 定义直线坐标为 44 0 59 在工作窗口中单击 鼠标中建 选择右键弹出菜单中的 终点位置 点 选项 选择 点相对于 下拉列表 中的 ABS 选项 定义直线的终止点坐标为 310 0 63 单击按钮或者鼠标 中键完成直线的创建 如图 2 1 1 图 2 1 1 陕西理工学院毕业论文 设计 第 7 页 共 46 页 3 样条 操作示例 调用 样条 命令 系统弹出 艺术样条 对话框 选择复选框 单击对话框中的 根据极点 按钮 定义 阶次 为 5 根据 光栅图像绘制如图 1 3 所示的根据极点艺术样条曲线 单击图 1 3 中的 第一极点 系统弹出此极点的坐标值 定义此极点的坐标值为 23 0 62 如图 2 1 3 所示 调用 样条 命令 系统弹出 艺术样条 对话框 选择复选框 单击对 话框中的 根据极点 按钮 定义 阶次 为 5 根据光栅图像绘制如图 2 1 2 所 示的根据极点艺术样条曲线 单击图 1 3 中的 第一极点 系统弹出此极点的坐标值 定义此极点的坐标值为 23 0 62 如图 1 4 所示 按照图 1 4 中的 第一极点 指向 最后极点 的顺序 分别单击除图 1 4 中的 第一极点 与 最后极点 之外 的各个极点 定义各个极点的坐标值分别为 57 0 84 5 126 5 0 126 5 150 0 107 5 233 5 0 85 单击按钮完成样条曲线的创建 单击 艺术样条 对话框中的 通过点 按钮 捕捉图 2 1 3 中的艺术样条的 第一极点 作为第一通过点 捕捉图 2 1 4 中直线的端点作为第二通过点 此时系 统在端点处显示两按钮 单击 自动判断 G2 按钮 单击按钮完成样条曲线 的创建 图 2 1 3 按照图 2 1 3 中的 第一极点 指向 最后极点 的顺序 分别单 击除图 1 4 中的 第一极点 与 最后极点 之外的各个极点 定义各个极点的坐标 值分别为 57 0 84 5 126 5 0 126 5 150 0 107 5 233 5 0 85 单击按钮完成样条曲线的创建 单击 艺术样条 对话框中的 通过点 按钮 捕捉图 1 4 中的艺术样条的 第一极点 作为第一通过点 捕捉图 2 1 4 中直线的端 点作为第二通过点 此时系统在端点处显示两按钮 单击 自动判断 G2 按钮 单击按钮完成样条曲线的创建 图 2 1 2 陕西理工学院毕业论文 设计 第 8 页 共 46 页 图 2 1 3 图 2 1 4 4 投影曲线 命令示例 使用 投影曲线 命令 系统弹出 投影 曲线 对话框 在 方向方式 下拉列表中选择 沿面的方向 选项 选择图 2 1 5 中艺术样条的 6 各 端点 作为要投影的对象 单击 指定平面 按钮或 者鼠标中键 选择图 2 1 5 中的 XZ 基准平面 作为投影面 单击按钮或者鼠标 中键完成投影曲线 图 2 1 5 5 偏置曲线 命令示例 调用 偏置曲线 命令 系统弹出 偏 置曲线 对话框图 选择图 2 1 6 中的 艺术样条 作为要偏置的曲线 单击按 钮或者鼠标中键完成对象的选择 单击对话框中的 反向 按钮 定义 距离 为 陕西理工学院毕业论文 设计 第 9 页 共 46 页 3 单击按钮或者鼠标中键完成偏置曲线的创建 图 2 1 6 6 调用 曲线长度 命令 系统弹出 曲线长度 对话框 选择图 2 1 7 中的 偏置曲线 作为要延伸的曲线 选择输出下拉列表中的 隐藏原先的 选项 选择 方向 下拉列表中的 自然 选项 定义 起始 值为 75 结束 值为 25 单击鼠标中键完成曲线长度的编辑 图 2 1 7 7 组合投影 命令示例 调用 组合投影 命令 系统弹出 组合投影 对话框 选择图 1 23 中高亮显示的 直线 与 艺术样条 1 作为第 一曲线串 单击 第二个曲线串 按钮或者鼠标中键完成第一组曲线串的选择 选择图 2 1 8 中的 艺术样条 2 作为第二组曲线串 使用 垂直于曲线所在的平 面 作为第一与第二投影矢量 单击按钮完成组合投影曲线的创建 如图 2 1 9 所示 选择图 2 1 9 中的 艺术样条 3 作为第一线串 单击 第二个曲线串 按钮或者鼠标中键 选择图 2 1 9 中的 艺术样条 4 作为第二曲线串 单击 按钮完成组合投影曲线的创建 选择图 2 1 9 中的 艺术样条 5 作为第一组 线串 单击 第二个曲线串 按钮或者鼠标中键 选择图 2 1 10 中的 艺术样 陕西理工学院毕业论文 设计 第 10 页 共 46 页 条 6 作为第二组线串 单击按钮或者鼠标中键完成组合投影曲线的创建 如 图 2 1 10 所示 图 2 1 8 图 2 1 9 图 2 1 10 8 移动至图层 示例 调用 移动至图层 命令 选择图 2 1 11 中高亮显示的曲线作为要移动的对象 单击 确定 按钮或者鼠标中键完成对 象的选择 系统弹出 移动图层 对话框 定义目标图层为 3 单击按钮或者 鼠标中键完成移至图层 陕西理工学院毕业论文 设计 第 11 页 共 46 页 图 2 1 11 9 拉伸 示例 调用 拉伸 命令 系统弹出 拉伸 对话框 选择图 2 1 12 中的 艺术样条 作为拉伸对象 定义 起始 值为 0 结束 值 为 25 单击按钮或者鼠标中键完成拉伸面的创建 图 2 1 12 10 通过曲线网格 示例 调用 通过曲线网格 命令 选择图 2 1 13 中的艺术样条曲线与组合投影曲线作为主线串与交叉线串 设定主线串 起始 边界与之相接的拉伸面为 G1 连续 单击按钮或者鼠标中键完成如图 2 1 14 所示 的通过曲线网格曲面的创建 图 2 1 13 陕西理工学院毕业论文 设计 第 12 页 共 46 页 图 2 1 14 11 基准平面 示例 调用 基准平面 命令 系统弹出 基准平 面 对话框 选择图 2 1 15 中的 YZ 基准平面 定义 偏置 为 130 单击命 令或者鼠标中键完成如图 2 1 15 基准平面创建 图 2 1 15 12 修剪的片体 示例 调用 修剪的片体 命令 系统弹出 修剪的片体 对话框 选择关联复选框 选择图 2 1 16 中的 曲面 1 作为目标片 体 单击鼠标中键完成修剪对象的选择 选择图 2 1 16 中的 艺术样条 作为修剪边 界 在 投影沿着 下拉列表中选择 面的法向 选项 单击按钮或者鼠标中键 完成修剪片体 图 2 1 16 13 点 示例 调用 点 命令 单击系统弹出工具条中的关联按 钮 单击 捕捉点 工具中的点构造器按钮 系统弹出 点构造器 对话框 单击对 陕西理工学院毕业论文 设计 第 13 页 共 46 页 话框中的 交点 按钮 选择图 2 1 17 中的 偏置基准平面 作为交点的第一个对 象 再选择图 2 1 17 中的 组合投影曲线 1 作为交点的第二个对象 系统在两对象 的交点处创建关联点 选择图 2 1 18 中的 偏置基准平面 作为交点的第一个对象 在选择图 2 1 17 中的 组合投影曲线 2 作为交点的第二个对象 系统在两个对象交 点处创建关联点 图 2 1 17 14 调用 草图 命令 选择图 2 1 18 中高亮显示的 基准平面 作为草 图平面 单击 确定 按钮进入草图空间 调用 带有变暗边的线框 命令 切换至线框显示模式 修改草图名为 TRIM 调用 配置文件 命令 绘制如图 2 1 19 所示的草图曲线 调用 自动判断尺寸 命令 标注并修改如图 2 1 19 所示的尺寸约束 单击按钮完成草图并退出草图空间 图 2 1 18 陕西理工学院毕业论文 设计 第 14 页 共 46 页 图 2 1 19 15 相交曲线 示例 调用 相交曲线 命令 系统弹出 相交曲 线 对话框 选择复选框 选择图 2 1 20 中高亮显示的曲面作为求交的第一组 面 单击对话框中的 第二组 按钮或者鼠标中键 选择图 2 1 20 中的两个 基 准平面 作为求交的第二组面 单击鼠标中键完成相交曲线的创建 图 2 1 20 16 桥接曲线 示例 调用 桥接曲线 命令 系统弹出 桥接曲 线 对话框 选择复选框 选择图 2 1 20 中的 相交曲线 1 作为桥接的第一 根曲线 选择图 2 1 20 中的 艺术样条 作为桥接的第二根曲线 单击按钮完 成桥接曲线的创建 选择图 2 1 21 中的 相交曲线 2 作为桥接的第一根曲线 选择 图 2 1 21 中的 相交曲线 3 作为要桥接的第二根曲线 拖动 相切幅值 下第一曲 线下的滑块至 0 5 更改桥接曲线的形状 单击按钮或者鼠标中键完成桥接曲线 的创建 陕西理工学院毕业论文 设计 第 15 页 共 46 页 图 2 1 21 17 分割面 示例 调用 分割面 命令 系统弹出 分割面 对 话框 选择图 2 1 22 中的 曲面 作为要分割的面 单击 Deviding Objects 按钮或者鼠标中键 选择图 2 1 22 中高亮显示的 基准平面 与 艺术样条 作为分 割对象 单击按钮或者鼠标中键完成曲面的分割 图 2 1 22 18 移动至图层示例 调用 移动至图层 命令 选择图 2 1 23 中高 亮显示的曲线 基准平面和所有点作为要移动的对象 单击 确定 按钮或者鼠标 中键完成对象的选择 系统弹出 图层移动 对话框 定义目标图层为 3 单击 按钮完成移动至图层 单击 图层移动 对话框中按钮 选择图 2 1 24 中高 亮显示的曲面作为要移动的对象 单击 确定 按钮或者鼠标中键完成对象的选择 系统弹出 图层移动 对话框 定义目标图层为 4 单击按钮或者鼠标中键完成 陕西理工学院毕业论文 设计 第 16 页 共 46 页 移至图层 图 2 1 23 图 2 1 24 19 图层的设置 示例 调用 图层的设置 命令 系统弹出 图层 的设置 对话框 选择图层 4 单击对话框中的按钮 设置图层 4 为不可见 单击 按钮或者鼠标中键完成图层的设置 2 2 22 2 2 轿车车身车头曲面的建模过程轿车车身车头曲面的建模过程 轿车车头曲面的建模过程中 主要用到以下命令 直线 旋转 WCS 样条 草图 组合投影 拉伸 点 陕西理工学院毕业论文 设计 第 17 页 共 46 页 通过曲线网格 规律延伸 本节与上一节同样的命令不再做具体介 绍 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 规律延伸 命令 系统弹出 规律延伸 对话框 单击对话框 中的 面 按钮 选择图 2 2 1 中的 边缘线 作为基本曲线串 单击 参 考面 按钮或者鼠标中键 选择与 边缘线 相接的 曲面 作为参考面 单击鼠标 中键预览曲面延伸 如图 2 2 1 所示 单击图 2 28 中的 起始角度定义点 定义 角度 为 160 单击图 2 2 1 中的 起始距离箭头 定义 长度 为 6 单击图 2 2 1 中的 结束角度定义点 定义 角度 值为 180 单击 2 2 1 中的 结束距 离箭头 定义 长度 为 3 单击按钮或者鼠标中键完成规律延伸曲面的创建 图 2 2 1 2 2 32 2 3 轿车车身侧曲面的建模过程轿车车身侧曲面的建模过程 轿车车身侧曲面的建模过程中 主要用到以下命令 样条 组合投影 曲线长度 草图 相交曲线 扫掠 基准平 面 相交曲线 通过曲线网格 直线 修剪的片 体 抽取几何体 移动至图层 与前几节同样的命令不再做具体介绍 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 抽取几何体 命令 系统弹出 抽取 对话框 单击对话框中的 陕西理工学院毕业论文 设计 第 18 页 共 46 页 曲线 按钮 选择图 2 3 1 中高亮显示的 边缘线 作为要抽取的曲线 单击 按钮或者鼠标中键完成曲线的抽取 图 2 3 1 2 扫掠 示例 调用 扫掠 命令 系统弹出 已扫掠 对话框 选择图 2 3 2 中的 艺术样条 作为引导线串 1 单击鼠标中键两次 选择图 2 3 2 中 的 SWSEC 草图曲线作为剖面线串 单击鼠标中键三次 使用图 2 3 2 中参数定义扫 描的堆砌方式 单击鼠标中键 单击对话框中的按钮定义定位方式 单击按 钮 定义 比例 为 1 单击对话框中的按钮完成如图 2 3 3 所示的扫描曲面的 创建 图 2 3 2 陕西理工学院毕业论文 设计 第 19 页 共 46 页 图 2 3 3 2 2 42 2 4 轿车车身车灯曲面的建模过程轿车车身车灯曲面的建模过程 轿车车灯曲面建模过程中 用到的命令有 相交曲线 移动至图层 图层的设置 点 样条 在面上偏置曲线 通 过曲线网格 前面涉及到的命令不再做具体介绍 具体建模过程可对照附录做详细了 解 1 在面上偏置曲线 示例 调用 在面上偏置曲线 命令 系统 弹出 Offset In Face 对话框 选择图 2 4 1 中高亮显示的 边缘线 作为要偏置 的曲线 定义 Section1 Offset1 值为 3 单击按钮或者鼠标中键完成偏置曲 线的创建 图 2 4 1 2 2 52 2 5 轿车车身车尾曲面的建模过程轿车车身车尾曲面的建模过程 轿车车身车尾曲面的建模过程用到的命令有 图层的设置 直线 陕西理工学院毕业论文 设计 第 20 页 共 46 页 基准平面 点 拉伸 修剪的片体 通过曲 线组 样条 移动至图层 分割面 通过曲线网格 投影 在面上偏置曲线 曲线长度 桥接曲线 前 面涉及到的命令不做具体介绍 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 通过曲线组 示例 调用 通过曲线组 命令 系统弹出 通 过曲线组 对话框 选择图 2 5 1 中的 边缘线 1 作为第一剖面线串 选择图 2 5 1 中的 边缘线 2 作为第二剖面线串 设定 起始 边界与之相接的拉伸面为 G1 连续 设定 结束 边界与之相接的曲面为 G2 连续 单击按钮或者鼠标中键完成如图 2 5 2 所示的通过曲线组曲线 图 2 5 1 图 2 5 2 陕西理工学院毕业论文 设计 第 21 页 共 46 页 2 2 62 2 6 轿车车身车头过渡曲面的建模过程轿车车身车头过渡曲面的建模过程 轿车车身车头过渡曲面的建模过程中 用到的命令有 分割面 桥 接 样条 通过曲线网格 前面涉及到的命令不再做具体介绍 具 体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 桥接 命令 系统弹出 桥接 对话框 选择复选框 选 择图 2 6 1 中的 曲面 1 和 曲面 2 作为主面 单击按钮创建桥接曲面 单鼠 标中键 拖动鼠标改变曲面的桥接深度至适当位置 单击按钮或者鼠标中键完成 桥接曲面的创建 图 2 6 1 2 2 72 2 7 轿车车身车轮过渡曲面的建模过程轿车车身车轮过渡曲面的建模过程 轿车车身车轮过渡曲面的建模过程中 用到的命令有 移动至图层 样条 缝合 投影曲线 修剪的片体 草图 组合投影 点 相交曲线 通过曲线网格 图层的设置 基准平面 通过曲线网格 前面涉及到的命令 不再做具体介绍 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 缝合 命令 选择图 2 7 1 中的 曲面 1 作为目标片体 选择图 2 7 1 中高亮显示的曲面作为工具片体 单击按钮或者鼠标中键完成曲面缝合 陕西理工学院毕业论文 设计 第 22 页 共 46 页 图 2 7 1 2 2 82 2 8 轿车车身车门过渡曲面的建模过程轿车车身车门过渡曲面的建模过程 轿车车身车门过渡曲面的建模过程中 所用到的命令有 草图 图 层的设置 移动至图层 抽取几何体 修剪的片体 偏 置曲线 拉伸 剖切曲面工具条 通过曲线网格 前面 涉及到的命令不再做具体介绍 具体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 剖切曲面工具条 命令 系统弹出 剖面 对话框 单击对 话框中的 圆角 桥接 按钮 系统弹出 桥接剖面 对话框 单击对话框中的 按钮 选择图 2 8 1 中高亮显示的 曲面 1 与 曲面 2 作为第一组面 单击 按钮或者鼠标中键 选择图 2 8 1 中的 边缘线 作为第一组面上的线串 单 击按钮或者鼠标中键 选择图 2 8 1 中的 拉伸面 作为第二组面 单击 按钮或者鼠标中键 选择图 2 8 1 中的 边缘线 2 作为第二组面上的线串 单 击鼠标两次 系统弹出 形状控制 对话框 选择 第一壁匹配 下拉列表中的 曲 率 选项 拖动 桥接深度 下的滑块至 30 左右 单击按钮或者鼠标中键完成 如图 2 8 2 所示的圆角 桥接曲面的创建 陕西理工学院毕业论文 设计 第 23 页 共 46 页 图 2 8 1 图 2 8 2 2 2 92 2 9 轿车车身其余过渡曲面的建模过程轿车车身其余过渡曲面的建模过程 轿车车身其余过渡曲面的建模过程中 用到的命令有 草图 分割 面 偏置曲面 在面上偏置曲线 修剪的片体 移 动至图层 图层的设置 桥接曲线 拉伸 桥接 规律延伸 通过曲线网格 前面涉及到的命令不再做具体介绍 具 体建模过程可对照附录做详细了解 1 调用 偏置曲面 命令 系统弹出 偏置曲面 对话框 选择图 2 9 1 中高亮显示的曲面作为偏置曲面 定义 Set 1D 为 2 单击按钮或者鼠 标中键完成曲面的偏置 图 2 9 1 陕西理工学院毕业论文 设计 第 24 页 共 46 页 3 3 基于基于 CATIACATIA 软件下的轿车车身的强度分析软件下的轿车车身的强度分析 3 13 1 轿车车身强度分析轿车车身强度分析 3 1 13 1 1 CATIACATIA 软件介绍软件介绍 CATIA 是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案 作为 PLM 协同解决方案的一个重 要组成部分 它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品 并支持从项目前阶段 具体 的设计 分析 模拟 组装到维护在内的全部工业设计流程 模块化的 CATIA 系列产 品旨在满足客户在产品开发活动中的需要 包括风格和外型设计 机械设计 设备与 系统工程 管理数字样机 机械加工 分析和模拟 CATIA 产品基于开放式可扩展的 V5 架构 通过使企业能够重用产品设计知识 缩短开发周期 CATIA 解决方案加快企 业对市场的需求的反应 自 1999 年以来 市场上广泛采用它的数字样机流程 从而使 之成为世界上最常用的产品开发系统 CATIA 系列产品已经在七大领域里成为首要的 3D 设计和模拟解决方案 汽车 航空航天 船舶制造 厂房设计 电力与电子 消费品和通用机械制造 3 1 23 1 2 有限元技术的发展概况有限元技术的发展概况 有限元方法 这个名称 第一次出现在 1960 年 当时 Clough 在一篇平面弹性 问题的论文中应用过它 但是有限元法分析的概念却可以追溯到 20 世纪 40 年代 1943 年 Courant 第一次在他的论文中 取定义在三角形域上的分片连续函数 利用最 小势能原理研究了 St Venant 的扭转问题 然而 此方法发展很慢 几乎过了十年才再 次有人用这些离散化的概念 1956 年 Turner Clough Martin 和 Topp 等人 在他们的 经典论文中第一次给出了用三角形单元求得的平面应力问题的真正解答 他们利用弹 性理论的方程求出了三角单元的特性 并第一次介绍了今天人们熟知的确定单元特性 的直接刚度法 他们的研究工作随同当时出现的数字计算机一起打开了求解复杂平面 弹性问题的新局面 此后有限元法在工程界获得了广泛的应用 到 20 纪 70 年代以后 随着计算机和软件技术的发展 有限元法也随之迅速地发展起来 发表的论文犹如雨 后春笋 学术交流频繁 期刊专著不断出现 可以说进入了有限元法的鼎盛时期 对 陕西理工学院毕业论文 设计 第 25 页 共 46 页 有限元法进行了全面而深入的研究 涉及的内容有 有限元法在数学和力学领域所依 据的理论 单元的划分原则 形状函数的选取及协调性 有限元法所涉及的各种数值 计算方法及其误差 收敛性和稳定性 计算机程序设计技术以及向其它各领域的推广 16 3 1 33 1 3 有限元在车架中的应用有限元在车架中的应用 五六十年代 我国对于一般车架的设计及强度校核是依靠传统的经验及方法 即 依靠经典的材料力学 弹性力学 结构力学的经验公式 对车架的结构作大量的简化 进行分析设计 设计的结果依靠试验来验证 该法具有一定的可靠性和科学性 传统的经验分析设计方法 具有简单易行的优点 目前在我国的车辆设计计算中 仍起一定的作用 同时 该法也有明显的不足 主要表现在以下两个方面 1 由于经验设计带有相当的盲目性 每次车架的设计改进都不会有明显的突破 使得其整体结构强度 刚度问题都不能得到合理的解决 而且设计周期长 使得车架 的更新换代的速度比较慢 不能与现代化商品生产竞争相适应 2 传统的经验设计不能对车架结构的应力分布及刚度分布进行定量分析 因此 设计中不可避免的造成车架各部分强度分配不合理的现象 这样使得整个车架设计的 成本提高 而且有些部位强度不够 容易引起事故 有些部位强度又过于富裕 造成 浪费 从而使车架达不到优化设计的目的 由于经验分析设计方法以上的不足 生产厂家迫切要求一种能与市场竞争相适应 的新的设计方法 随着电子计算机的出现及结构强度分析和结构优化程序的投入使用 使得人们手工劳动强度大大降低 结构分析 设计速度大大提高 有限元方法就是其 中的一种 国外将有限元法引入到车架强度计算中比较早 而我国大约是在七十年代 末才把有限元法应用于车架的结构强度设计分析中 在有限元法对汽车车架结构的分 析中 早期多采用梁单元进行结构离散化 分析的初步结果是令人满意的 但由于梁 单元本身的缺陷 例如梁单元不能很好的描述结构较为复杂的车架结构 不能很好的 反映车架管 板接头区域的应力分布 而且它还忽略了扭转时截面的翘曲变形 因此 梁单元分析的结果是比较粗糙的 而板单元克服了梁单元在车架建模和应力分析时的 局限 基本上可以作为一种完全的强度预测手段 近十年来 由于计算机软件与硬件 的飞速发展 板单元逐渐被应用到车架结构分析中 使分析精度大为提高 由过去的 定性或半定量的分析过渡到定量分析阶段 陕西理工学院毕业论文 设计 第 26 页 共 46 页 3 23 2 CATIACATIA 下轿车车架的建模下轿车车架的建模 3 2 13 2 1 轿车车架轿车车架 B B 柱的建模过程柱的建模过程 总体建模过程 如图 3 2 1 图 3 2 1 具体建模过程 1 打开 catia 软件 单击 开始 机械设计 零部件设计 输入部 件名称 单击确定 如图 3 2 2 图3 2 2 新建对话框 陕西理工学院毕业论文 设计 第 27 页 共 46 页 2 绘制中心线 在结构树中选择 XY 面 图 3 2 3 单击 草图 工具 进 入草图编辑工作台 单击 轮廓 工具栏中的工具 绘制如图 3 2 4 所示的草图 单击 退出工作台 工具 离开草图编辑工作台 图3 2 3选择草绘平面