桑塔纳前翼子板测量分析

1、学校代码： 10128学 号： 201120306004 课程论文题 目：车身结构测量与分析桑塔纳右前门学生姓名：高辉学 院：能源与动力工程学院班 级：车辆11-1指导教师：高志鹰、吉平2015年 1 月 14 日内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称： 汽车设计 学院： 能动学院 班级： 车辆11-1 学生姓名： 高辉 学号： 201120306004 指导教师： 高志鹰、吉平 一、题目 车身结构测量与分析桑塔纳右前门二、目的与意义车身结构设计与校验是现代车身设计开发的一个重要环节。通过对相关车身结构部件的测量与分析，学习现代先进的车身开发理论、方法、技术、手段和流程；了解车身初步设计

2、，掌握车身技术设计流程；应用结构动力学计算分析平台，实现对相关车身结构部件的建模与结构动态特性初步计算分析，为车身空气动力学、结构动力学的耦合设计奠定技术基础。 三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等） 1、掌握车身模型结构校验方法，确立基本坐标系、设计相关车身部件结构测量方案并记录测量网格点三维坐标；2、基于由下到上的建模方法，通过点线面体逐步实现车身部件实体建模；3、根据白车身结构拓扑，建立计算力学模型，施加条件约束，应用结构动力学及结构强度分析理论，计算分析车身结构的应力应变分布并识别结构动态响应参数；4、按照学校相关要求，完成课程论文一份。四、工作内容、进度安

3、排 19周一 周五：收集相关资料，明确论文任务；学习车身结构测量设备使用方法，建立基本坐标系，设计车身部件结构测量方案。完成车身部件测量，并记录三维坐标。建立实体模型，施加条件约束及模拟载荷。计算车身部件应力应变分布及模态参数，确定论文提纲。20周一 周五：撰写课程论文，提交初稿。根据指导教师意见修改完善论文，提交论文。五、主要参考文献陈家瑞、马天飞.汽车构造M.北京.人民交通出版社.2005.9耿玉兰.基于ANSYS的车身模态分析D.江苏盐城:盐城盐南职业高级中学,2007李兵、陈雪峰、卓颉.Ansys工程应用M.清华大学出版社审核意见同意。 系（教研室）主任（签字） 指导教师下达时间 20

4、15 年 1 月 4 日 指导教师签字：_摘要车身结构设计与校验是现代车身设计开发的一个重要环节。本文主要介绍了对吉利汽车左前翼子板的测量与分析。首先通过建立整个车辆的基准坐标系，利用三坐标测量技术对相关结构部件进行坐标测量，然后应用ansys软件，基于由下到上的建模方法，通过点线面体逐步实现车身部件实体建模并建立计算力学模型，施加条件约束，实现结构动态特性初步计算分析，从而学习现代先进的车身开发理论、技术和流程，并为车身空气动力学、结构动力学的耦合设计奠定技术基础。关键字：车身结构；测量；ansys；分析AbstractBody structure design and verificati

5、on is an important part of modern body design development. This paper describes the Geely Automobile left front fender measurement and analysis. First, through the establishment of the entire vehicle reference coordinate system using coordinate measuring technology related structural components coor

6、dinate measurement, and then apply ansys software, based on the modeling method under, and through the point - line - face - body gradually Body Parts solid modeling and computational mechanics model established impose constraints, to achieve structural dynamic characteristics of the preliminary cal

7、culation and analysis, and to learn modern and advanced body development theories, techniques and processes, and as a technical foundation for the coupled design of body aerodynamics, structural dynamics .Keywords: body structure; measurement,;ansys;analysis目录0引言1一车身部件的测量11.1奔腾车身矫正系统2 1.1.1奔腾车身矫正系统简

8、介21.1.2车辆在平台上的定位21.2米桥式通用测量系统3 1.2.1米桥式通用测量系统简介3 1.2.2 测量原理3 1.2.3测量基准的建立3 1.2.4 车前门的测量方法4二ANSYS建模及分析42.1 ANSYS软件介绍42.2测量数据的处理52.3 ANSYS软件的使用52.3.1车前门材料的确定52.3.2 ANSYS实体模型的建立6 2.3.3 ANSYS网格划分7 2.3.4 ANSYS力学模型建立8 2.3.5 ANSYS应力应变求解9 2.3.6 ANSYS振动模态的求解10三总结12四参考文献120引言汽车车身是驾驶员的工作场所，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员

9、提供良好的操作条件，为成员提供舒适的乘坐条件，并保证完好无损地运载货物且装卸方便。车身结构和设备还应保证行车安全和减轻事故后果。因而在现代的汽车设计中车身设计显得尤为重要。现代车身设计不仅要求外形美观，还应保持一定的强度和流线型。车身应具有合理的外部形状，以便汽车行驶时能有效地引导周围气流，提高汽车的动力性、燃油经济性和行驶稳定性，并改善发动机的冷却条件和室内通风。车身结构设计与校验是现代车身设计开发的一个重要环节。本次课程设计通过对相关车身结构部件的测量与分析，学习现代先进的车身开发理论、方法、技术、手段和流程；了解车身初步设计，掌握车身技术设计流程；应用结构动力学计算分析平台，实现对相关车

10、身结构部件的建模与结构动态特性初步计算分析，为车身空气动力学、结构动力学的耦合设计奠定技术基础。一车身部件的测量本次我所测量的车身部件为吉利汽车的左前翼子板。其中用到的仪器设备主要有奔腾车身矫正系统和米桥式通用测量系统。汽车放置在奔腾车身矫正系统上并靠其定位。具体坐标点的测量则依靠米桥式通用测量系统。图1 桑塔纳1.1奔腾车身矫正系统1.1.1奔腾车身矫正系统简介 BENTAM垂直升降型奔腾车身校正系统是奔腾系列设备中的加强豪华型设备，它的平台由16Mn合金钢板拼焊而成，强度高、刚性好；塔柱与平台一体化设计，塔柱在平台轨道环形移动，360度无障碍；平台垂直升降设计，工作高度在一定范围内任意选择

11、；所配液压系统使用寿命长、故障率低；集中控制型设备由一台电动液压泵作为动力，由一个控制器进行控制，操作简单，使用方便，充分体现了人机工程学原理。更多合金钢钣金工具及合金钢锻造夹具配置，强度高、寿命长；人性化设计工具车及附件使用方便；引进应用更广泛，使用更为方便，精度更高的三维机械测量系统，配备全球车辆数据系统，可精确的测量汽车尺寸。1.1.2车辆在平台上的定位（1）中心定位车辆上到平台后，首先进行目测调整。用目测可以大体指导汽车的中心线和平台的中心线是否大体平行。如果很明显不平行，需要调整车身前部或后部使车身中心线和平台中心线平行。把塔柱移动到要调整的部位，并用螺栓固定好。目测调整完毕后，需要

12、进行精确的量具调整，在车身中部选择两个对称的参考点，把横尺放在要测量参考点下面平台的轨道上。把合适高度的测量探头放置在横尺上，移动到参考点下面，让探头的尖指到参考点上。从探头的滑动座的读数孔中可以读出两个参考点的宽度尺寸读数，计算两读数的差“L1”。同样的方法再选两个参考点，两读数差为“L2”。再选择汽车一端使其发生横向位移，记录L1和L2的变化值。当L1=L2=0时，此时表明汽车的中心线与平台的中心线重合了。（2）高度定位高度基准面的定位就是要让汽车的基准面调整到和平台的平面平行。首先把主夹具放到平台上，钳口放到车辆的固定点位置下，松开钳口，让车底裙边落入钳口内，不要固定。在车身中部选择两个

13、对称的参考点，把横尺放在要测量参考点下面平台的轨道上。把合适高度的测量探头放置在横尺上，移动到参考点下面，让探头的尖指到参考点上。通过测量探头的高度尺可以读出两测量探头的高度尺寸读数，如果两个读数不一致，则通过调整主夹具高度调整丝来调整车辆高度变化，让两个高度读数一致。把此读数与车身尺寸手册中同一对定位点的标准数据比较，两个数据得出一个数据差“H1”。 同样的方法再选两个参考点，两个数据的差为“H2”。再通过主夹具高度调整丝调整汽车一端的高度，比较H1和H2，当H1=H2时，此时表明汽车的高度方向的基准已经和平台平面平行了。把车辆固定好，以免车辆移动导致基准的丢失。1.2米桥式通用测量系统1.

14、2.1米桥式通用测量系统简介车身测量系统有机械式和电子式测量系统。本次测量使用的米桥式通用测量系统是机械式测量系统的一种。该系统是一种可以提供广阔测量功能的高精度的测量工具。它为汽车车身维修提供简单却又非常实用的技术。它可以应用到多种型号汽车上，无论是车架式（非承载车身）还是独立车身式（承载式车身）。它能很好的应用于轿车、微型车、轻型货车、商用车和其他多用途运载工具上。该系统操作简单却又非常实用，是美国用户多年来使用最为广泛的机械测量系统。1.2.2 测量原理测量汽车上的点的数据，我们需要测量此点相对于基准平面的长度、宽度、高度尺寸。长度方向：以通过汽车横向上的两个基准点的垂直平面为长度方向点

15、的基准平面。测量点相对于参考平面的距离即为长度方向的尺寸。宽度方向：以通过汽车中心线的垂直平面为宽度方向上的基准平面。中心平面将汽车在纵向切成两个部分。汽车左右的测量点相对于中心平面的距离即为宽度方向的尺寸。高度方向：以距离汽车底部平面一定距离的平面为高度方向上的基准平面。测量点相对于参考平面的距离即为高度方向上的尺寸。1.2.3测量基准的建立（1）观察数据图中的底盘数据，确定通用测量系统基准点。（2）将底支架和长梯子安放到汽车底部，适当调整长梯子的位置，使之基本与车辆中心平面对称。（3）取两根600mm中心线杆，将垂直标尺固定器安装到中心线杆上，按照数据图中基准点的宽度尺寸，将垂直标尺固定器

16、刻线对准中心杆上尺寸，并拧紧标尺螺栓。（4）根据数据图中的高度尺寸，取合理高度的标尺管标尺柱组件，松开螺钉，拔出标尺注，在标尺筒中放入弹簧，拧紧螺钉，锁止标尺柱。（5）将图纸中要求的适配块插入标尺柱中，将标尺旋入垂直标尺固定器中。（6）将中心杆按放在场梯子上，并慢慢滑动至基准点底部。（7）移动长梯子和中心线杆直到适配块对准基准点。松开标志孔上的螺钉，使适配块刚好能被标尺柱通过弹簧仅仅拧到基准点上，然后在倒车的另一侧进行如上操作。（8）取第二根中心杆按照3-7步重复操作。（9）移动长梯子槽中的尺带，左侧将尺零点移动至中心线杆导轨的刻度线对齐，观察尺度一致，并适当调整（10）拧紧中心杆处的螺钉和其

17、他各处螺钉。(11)至此，通用测量系统的基准已经建立起来1.2.4 车前门的测量方法汽车右前门的测量是通过上部车身测量系统将车辆的基准转化到测量点的附近进行测量。通过调整上部车身测量系统的位置，测量系统可以达到翼子板所在的位置。 （1）在前门上用拉线打好网格，除测量网格交点外在外形变化较大的地方需要多测几组数据。图2 右前门测量（2）固定好测量台架。（3）确定此时测量翼子板的坐标系与汽车基准坐标系的相对位置。（4）测量并记录每个点的三坐标值。二ANSYS建模及分析2.1 ANSYS软件介绍 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分

18、析软件公司之一的美国ANSYS开发。 它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。自ANSYS 7.0开始，ANSYS公司推出了ANSYS经典版（Mechanical APDL）和ANSYS Workbench版两个版本。Workbench是ANSYS公司提出的协同仿真环境，解决企业产品研发过程中CAE软件的异构问题。2.2测量数

19、据的处理首先，需要把测得的数据整理为相对于车辆基准坐标系的坐标。为了能够在ansys workbench软件中生成所测部件的线轮廓，还需要将所测的数据按照一定的格式输到一个文本文件（可以先输入Excel中，再转换为文本文件）中。全部数据见附件1。以下为部分数据。1196.3-80.734.21257-80.734.213-8-81.234.22197.5-86.253.32249.5-86.253.323-8-86.753.33197.5-8554.53249.5-8554.533-8-85.554.54196.5-83.7684257-846843-9.7-83.7685196.5-84.2

20、695257-84.26953-9.7-84.7696194.5-79.591.56290.5-79.591.57190.5-79.591.57257-79.591.5730-79.591.5810-79.591.582-9.5-7991.59191.5-601369273-601369351.7-621309445-641259521-68110960-79.591.510195-58.814010273-5914010351.7-61.513410445-62.513010521-66.5115106-9.5-7991.511195-58.814011294.5-70115.711394.

21、5-79.591.512191.5-6013612290.7-70115.712390.5-79.591.513194.5-79.591.513294.5-78.59013395.5-83.281.913496.5-84.26914196.5-84.26914296.5-83.76815196.5-83.76815295-86.767.315397.5-8554.516197.5-8554.516297.5-86.253.317197.5-86.253.317296-83.243.717396.3-80.734.2181-9.5-7991.5182-9.5-78.590183-9.5-83.2

22、82184-9.7-84.769191-9.7-84.769192-9.7-83.768201-9.7-83.768202-9.7-86.767.3203-8-85.554.5211-8-85.554.5212-8-86.753.3221-8-86.753.3222-8-83.243.7223-8-81.234.22.3 ANSYS软件的使用2.3.1前门材料的确定所测量前门材料为Q235普通碳素钢，弹性模量2e5Mpa，泊松比0.3，抗拉强度375-500Mpa，屈服极限235Mpa，密度为7.858 g/cm3。材料弹性模量E（Mpa）泊松比Q2352e50.3表1 材料参数表将以上数据输

23、入ansys workebnch的Engineering Data中。2.3.2 ANSYS实体模型的建立（1）点生成线首先将整理好的数据（存入txt文件中）调入ansys workbench中，就能生成所测部件的轮廓线。图3 前门线轮廓（2）线生成面利用surfaces from edges命令将封闭的线组合成面。图4 前门面轮廓（3）由面生成体利用拉伸、放样命令给予该前门一定的厚度（2mm），从而生成一个体。图5 前门实体模型至此，整个前门模型就建立好了。2.3.3 ANSYS网格划分Workbench中提供mesh命令进行网格的划分，设定网格大小为3cm。结果总共生成了12045个节点，

24、1506个网格。图6 网格划分2.3.4 ANSYS力学模型建立（1）施加约束条件：前门一般是用螺栓与车身连在一起，并且是固定不动的。为接近实际情况，在翼子板的厚度上选取了若干面将其进行了固定。图7 施加固定约束（2）施加载荷：前门受到的外力主要是在碰撞产生的压强。碰撞产生的压强为10Pa图8 施加载荷2.3.5 ANSYS应力应变求解 当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变。材料发生形变时其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，把分布内力在一点的集度称为应力。模型建立好后，能够进行应力和应变的求解。其应力应变云图如下：图9 应力云图图10 应变云图在其应力和应变云图上可以看到前门上受力大和变形大的部位。其中所受到的最大应力为593.83