【《小轿车侧围设计及三维建模分析》11000字】

绪论1.1研究背景和意义十八大以来，我国主要矛盾发生了变化，汽车不再仅仅是一个代步工具，人们对于汽车的多样化需求日益增加。根据有关数据显示[1]到去年年底，中国的私家车保有量已经突破了两亿大关，而且现在的年轻人也逐渐向环保方向靠拢，新能源汽车连续两年增长量突破100万，全国的新能源汽车已经接近400万辆，可以说，新能源汽车已经是一个朝阳产业，特别是电动汽车更是如火如荼地兴起中。但是新能源汽车，特别是电动汽车，与传统汽车有很大的不同，储能装备也由汽油转变为电池包，但是由于目前科技发展有限，而且电动汽车的电池包所需的安全保护要大于普通汽车，保护设施不合理的话很容易不达标甚至引发相关事故，更有甚者会导致电池包自燃爆炸等[2,3]，相关数据表明，电动汽车侧面碰撞事故频繁发生，比普通汽车的侧面碰撞事故要多得多。汽车所有类型的碰撞事故成本比较详见图1.1，可以看出侧面碰撞的成本约为全部总成本的40%。图1.1不同碰撞事故损伤成本比较电动汽车对于其储能装备的主要保护部件要求很高，这是由于在撞击过程中，汽车首先遭受撞击的是车身部件，车身的侧围结构会首当其冲遭受外部力量从而受到最大打击而变形。截止到2020年年底，由于大部分汽车都是以汽油为动力，而石油是不可再生资源不符合长期发展理念且燃烧会带来巨大环境污染，不符合绿色环保理念，所以改变汽车动力迫在眉睫，必须疏堵结合，优化设计一方面降低了整车能耗，另一方面采用了新型复合材料。相关数据显示，运行中的汽车的质量与燃油效率的减少量之比为1.5：1左右，此外，燃油消耗可降低百分之7左右[4]。虽然电动汽车的动力来自电能，复合循环发展理念，但是目前来看我国的电u能都是烧煤碳得来，本质上还是在消耗不可再生资源，所以并没有真正意义上做到绿色环保，所以降低电动汽车的质量无论对于汽车使用者续航还是对于节能减排都是非常有必要的。无论从哪个层面看，电动汽车侧围的改良对于电动汽车未来发展是不得不攻克的一道难关。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状早在上世纪七十年代，一些国外的学者就意识到车辆侧围对于发生碰撞时的安全性有着重要意义。于是乎，许多学者开始对侧面碰撞安全性进行研究。在初始阶段，由于缺乏研究经验，所以进行研究耗时比较长，难以重复进行的方式进行设计实验。通常情况下，首先需要做车辆侧面碰撞的实验，实验方式虽然简单，但是每一次做实验都需要大量的碰撞数据，因此需要极高的经费，这就为研究带来很大的麻烦；随后根据实验数据对车体进行改进，保证驾驶安全性，进而确保乘客以及驾驶员的生命安全。这种实验方法由于许多因素的限制，很难推广使用。时间向后推进，人们对于计算机技术的掌握逐渐成熟，随着仿真模拟技术的迅速发展，使用有限元分析方法对车辆侧围发生碰撞时的受力。所谓有限元分析方法，核心理论思想主要包括两个方面。其一为，有限元的思想与“以直代曲”求圆周长相同，即把连续的介质离散为数量很多的小的立体几何单元体，每个单元体可以独立研究，但相邻的单元体间又有确定的关系，各个单元体的结果共通构建刚度矩阵；其二是求近似解人们通过虚功原理，即变分的方法将对原函数的连续要求弱化，进而转变为积分形式的弱连续要求。基于离散化的小区域的微分方程近似解，以及各相邻小区域节点的关系方程，可以得到整个区域的近似解。RedhleM.等[5]应用此技术完成不同移动变形壁障对汽车性能的影响。Marklund等[6]、Pan等[7]都对B柱结构的优化发展做出了贡献。在上个世纪末，同样有一些学者将目光聚焦在侧围总质量上，如果整车的质量较小，可以有效提升电机的使用寿命。也正因如此，“新时代汽车合作伙伴(PNGV)”选用一些密度较低的金属合金（如镁铝合金等）来达到降低质量的目的。此外，由于车辆侧围受到撞击时，可能会产生弯曲变形，车辆侧围可能会凹进去，于是乎，汽车外板材料的抗凹变形能力需要被重视。D.C.Seksaria[9]等人正是为这种性能提供了评价方法。KinPongLam[10]进行了碰撞试验材质对于结构以及厚度的影响。1.2.2国内研究现状我国重工业的起步较晚，虽然近年来发展趋势较为猛烈，但是与发达国家还是存在一定的差距，特别是在核心技术方面。但是随着国内学者的不断努力，这些差距在慢慢变小。对于汽车碰撞安全性、NVH性能和轻量化等方面，我国还需进行进一步的研究，并逐渐与发达国家齐平甚至赶超。侧面碰撞安全性方面，国内的研究起步较晚，直到二十世纪八十年代末，我国国内才有第一个试验台，我国的相关研究正式走向正轨。近年来全国各大高校开展了汽车碰撞试验研究，段大禄等人[12]基于OptiStruct对车侧围耐撞性进行了研究。1.3本文主要研究内容笔者采用以小见大的方式，以奇瑞汽车创新研发的“小蚂蚁电动车”为参考对象进行研究。下面是对于每章具体内容的概括：介绍了本篇文章的研究可行性与研究目的，笔者查找了大量资料总结出全球研究者对于侧围的各方面研究并展开论述。本章主要对侧围的概念以及意义进行论述，向大家展示了侧围对于汽车安全保障方面的重要作用。本章主要对新型复合材料制作而成的侧围利用CATIA软件进行建模与设计，并对电动汽车后侧围进行三维设计与讲解。本章总结了前几章的内容，对于侧围工程图纸进行详细设计。

2侧围结构与设计要求在车辆的上车体中，汽车侧围是最为核心的组成成分，汽车侧围本身结构也极为复杂，组成汽车侧围的零件数量极为之多，如空调电子、内外饰等都安装在其中。在车辆受到正面冲撞时，不仅仅汽车前面会受到冲击力，汽车侧围也会受到极大的弯矩而发生弯曲变形，给汽车中的人带来极大的安全隐患。因此需要对侧围子系统进行设计计算，保证其刚度以及缓冲撞击，吸收冲撞能量的能力。2.1侧围系统的类型及结构目前国际上常见的外围系统型式为层叠式，另外由于加工过程中前后的加工方法的差异，侧围系统的类型还有模块式，不过这种类型侧围的强度较差、加工安装较为复杂，所以目前应用已经很少。故此次设计不再详述，值研究层叠式侧围。图2.1为层叠式侧围系统的结构组成。侧围内板系统的组成部分有：侧围内板总成、B柱内板总成以及顶盖侧边梁内板总成；侧围加强板系统的组成部分有：门槛外板总成、前门铰链加强板总成、顶盖侧边梁加强板总成以及B柱加强板总成等；侧围外板系统的组成部分有：翼子板支架总成、侧围外板、尾灯板等总成以及锁扣加强板总成等。2.2侧围造型侧围的造型设计，关乎的是整车的外形、汽车内部空间以及结构强度，在车身设计中十分关键。一般在其设计时需要考虑加工制造的工艺性、车身的强度要求以及材料特性。在四门三厢车上，侧围的前支柱（A柱）、后支柱（C柱）和顶盖侧梁承担着安装前后挡风玻璃的作用；另外侧围还包括中支柱（B柱）、门槛和顶盖侧梁，它们焊接成整体，共同起着安装车门、连接前后车身和支撑顶盖的作用。其中仅对于A柱来说，它起着安装门和前挡风玻璃的作用，在结构上其可细分为前侧挡板、前门支柱和前风窗支柱。设计A柱需要满足以下要求：1.要有限位器加强板；2.支柱内板整体要平滑，端部圆滑，防止刺伤；3.A柱的结构需要满足强度要求，并且与车身前部其他部分的连接、装配和定位要合理且冲击变形要尽量小；4.为了安装前挡风玻璃，应正确规划其固定位置；5.需要保证车门开关顺畅，关门时密闭性好；6.设计车门装配装置；7.对驾驶员的视野遮挡要小，不能影响驾驶员观察周围环境。B柱的设计要求是必须保证其刚度和强度，这是因为其起着安装前排安全带支座的作用，而且还要承载顶部的重量。它的组成部分有加强板、内外板。C柱同样对刚度和强度有加高要求，这是由于其连接固定车身后部，还起着安装后排安全带和挡风玻璃的作用，另外顶部重量也许C柱承担。顶盖侧梁包括加强板和内板，其结构要求为：整体的外观、车内空间和视野大小以及密闭性要求。其主要作用为安装车顶并参与车门的密封。另外，侧围设计需要对各部分的要求进行综合考虑，使车身的组装更协调更合理，具体如下：1.由于各部分连接处强度较弱，为了使各部分组装拼接的强度满足需要，安装连接板十分必要且有效，尤其是像中支柱上端与顶盖侧梁相接处这种薄弱部位。另外，对构件加工制造方式及精度、材料种类和各自的连接位置都有较高要求；2.设计时先确定好车身的整体外形和参数，在此基础上对各个部分各构件进行分别设计计算；3.对于会产生撞击或摩擦的配合表面如车门铰链和门框等易产生形变处应安装加强板，目的是增强其刚度。4.需要把侧围与车门的结构关系协调好，制定方案时需明确二者装配、连接的位置与结构，比如门锁、车门铰链等。使其具有良好的密闭性。2.3侧围人机工程学为了提高驾驶的舒适性和安全性，使汽车适合人体活动和观察外界的习惯和特性，让汽车配合人而不是人适应车，需要根据人机工程学的理论，对侧围的各项尺寸数据和外形进行重新设计计算，具体的要求有以下五点：汽车以50km/h的车速侧向撞向刚性小的物体，B柱形变≤180±20mm；根据《GB11566−1995汽车外部凸出物》，车身外不能有半径在2.5mm以下的突出物；根据Euro−NCAP，汽车以64km/h的车速以及40%偏置撞向刚度较小的物体，A柱形变<50mm根据《GB11565−1994驾驶员前方视野》，当驾驶员用双眼看向A柱时，其视野遮挡角度必须在6°以下；为了便于汽车乘用人上下车、保证外形和车内空间合理，汽车上面的边梁和门槛梁在垂直地面方向的距离一般在100−150cm。2.4侧围的性能要求通常情况下，是否有足够的结构强度来保证车祸发生时车上人员的人身安全，这是衡量汽车侧围结构性能的关键要素。为了保证车内人员的人身安全，需要将车辆碰撞时的车身变形控制在足够小的范围内，但仅仅如此是不够的，碰撞会产生巨大的能量，这些能量作用到人体会产生致命伤害。因此将这些能量以传递到地面等物体或吸收“消化”掉的方式减少对人的伤害是车身结构设计中十分关键的重点[13]。行业内制定的应用通常是比较广泛的，汽车侧围抗撞性能设计标准主要是以欧洲的ECE和美国的FMVSS，但各国推行的设计标准在许多方面都不能保持一致，于是才有了为了消除这些标准的差异，成立侧面碰撞工作小组（SIWG）和国际协调研究活动（IHRA为了降低实验成本、合理安全地复刻冲击对人的伤害，在实验中通常用假人和可变形移动壁障来模拟真实碰撞场景，应用普遍的设备有EuroSID−1、ES2、BIOSID、SID、SID−IIs。其中假人：其结构特性及外部轮廓与真人十分相像，可以近似得到侧面碰撞对人体可能造成的伤害情况；可移动墙壁能模拟实际汽车侧撞的形变和震动大小，可以降低真车实验的高昂成本。衡量侧面碰撞对人体的伤害程度是实验的重点，其中又在整车的碰撞滑移、乘用人损伤程度等级和损伤生物力学等试验和理论的不同角度完成具体分析。损伤生物力学是汽车碰撞安全性的理论分析依据，分别对人体不同部位对碰撞的反应情况、可承受的最大伤害程度和不同大小冲击的伤害特性进行理论研究，并对实验用的假人进行高度模拟设计。根据理论研究成果、模拟实验和实际道路车祸的现场勘察，得知盆骨、胸腹、头颈是最易发生碰撞损害的部位。把实验和理论研究的结论和数据进行数学方法分析，并为汽车行业的生产制造提供汽车安全性能标准。2.5侧围的选材原则在本节，对侧围材料进行分析并选取。本次设计中，研究对象是目前新型的电动汽车。电动汽车目前存在的问题就是续航问题，其续航里程能否得到提升，需要对电池的蓄电量，耐久度以及使用寿命相关。而对此核心技术的研究不是短时间内可以获得较大突破的，而同样作为核心的电机也同样如此。这时我们考虑到，如果可以使电动汽车的总质量降低一定量，也同样可以提升续航能力，提高核心部分的使用寿命。因此，为了降低总质量，我们可以选取质量减轻的材料，本次设计中选择PP+LGF复合材料。2.5.1PP+LGF的力学性质在上文中提到需要使用质量较轻的PP+LGF复合材料作为汽车侧围结构材料。众所周知，汽车的工作环境较差，为了能够适应各种不利环境，需要材料具有较高的强度和刚度、耐热性以及耐热冲击能力。而PP+LGF复合材料完美的结合了这些性质。除此之外，这种材料易被塑造成各种形状，且具有较好的吸振降噪性能，所以作为侧围材料的较好选择。2.5.2熔体流动速率（MFR）对复合材料性能的影响所谓MFR，指的是熔体流动速率，本节考虑将MFR作为变量，采用不同流速的试液分别与质量分数为25%的LGF材料均匀混合，分别编号为1、2、3。其中，三个编号的熔体流速分别为41g/10min、26g/10min、7g/10min。将试样分别做以下测试：对于拉伸强度和弯曲强度，进行十次试验。取十次拉伸强度的测试结果的平均值，采用ASTMD638−2008测试；取十次弯曲强度的测试结果的平均值，采用ASTMD790−2007测试；而对于冲击强度，由于其重要性，需要做二十次测试，取测试结果的平均值，采用ASTMD256−2010测试；表2.1试样1、2、3力学性能比较对上表2.1进行分析，得出如下结论：随着熔体流速逐渐增大，冲击强度和拉伸强度都分别增大，显然，冲击强度的增幅相对而言更为明显；而对于弯曲强度，仅对于图表所示内容而言，其数值随熔体流速的增大先增大后减小，因此可推断出实际情况下，其变化可能不是特别稳定。但总体而言，随着流速的增大，各种力学性能都有较大的增幅。2.5.3玻纤（GF）含量对复合材料性能的影响与熔体流速的实验原理相似，对于GF含量对材料性能影响的实验，也用到控制变量法。获得不同含量的玻纤与聚丙烯混合并注塑成型的样品。表2.2GF用量对复合材料性能的影响对上表2.2进行分析，得出如下结论：随着LGF质量分数的增长，材料的力学性能以及弯曲模量都会增长。但材料力学性能在LGF质量分数较高时，增长速率已经较为缓慢。而弯曲模量则始终保持着高增长速率。所以可以从多方面选择一个最佳的LGF质量分数，以保证材料性能和质量达到最优。2.5.4PP+LGF复合材料制备工艺虽然本文提出选择具有较高的强度和刚度、耐热性以及耐热冲击能力的PP+LGF复合材料作为侧围的材料，但在实际生活中，也有许多其他常见的复合材料，如：SMC、GMT等。但本文之所以在众多材料中选择了PP+LGF复合材料，有如下原因。与SMC相比，PP+LGF复合材料易被塑造成各种形状，具有较快的成型速度，且在设计中具有较高的自由度；具有较好的吸振降噪性能，耐疲劳；无需过高精度的模具，这在设计中就会节省大量成本。而与GMT相比，则是拥有制造工艺上的优越性。所以，PP+LGF复合材料制造工艺、设计自由度、耐疲劳等方面的优势，因此被广泛使用在侧围的结构中。2.5.5PP+LGF应用实例上文中已经提到，PP+LGF复合材料是为了降低车辆质量而选择的，而这种材料的密度是其最为突出的优势。这种材料在强度上已经可以满足一些汽车内饰的需求；PP+LGF复合材料易被塑造成各种形状，具有较大的设计自由度，制造工艺较为简单；耐腐蚀，不易被划伤，可代替低碳钢等。PP+LGF复合材料具有较高的强度和刚度、耐热性以及耐热冲击能力，且具有较好的吸振降噪性能。由于PP+LGF复合材料具有较好的性能且生产成本低，所以目前已被广泛应用与前端模块、蓄电池托架等处。下表具体指出了PP+LGF复合材料的应用。表2.3PP+LGF在汽车上的应用案例2.6本章小结本章分析了侧围结构以及设计要求。并通过分析当下电动汽车发展趋势，得出降低质量而获得较好的电机、蓄电池性能，选择PP+LGF复合材料作为侧围的材料并分析各力学性能的变化特征。最后讨论了PP+LGF复合材料的应用。3侧围设计与三维建模3.1后侧围设计背景汽车的后侧围对于汽车车身的刚度有极为重要的影响，在汽车受到侧方位冲撞时，会承受巨大的弯矩，由下图所示零部件焊接而成的车身是否能够保护中部乘坐室的安全，也成为现在的焦点话题。图3.1侧围组成3.2侧围布置设计在侧面尺寸的车身构造中，一部分重要零部件的位置与车辆的整体配置、安全以及乘坐感觉的问题有关。(1).侧围的倾斜度这个倾斜度对于驾驶员以及乘员的舒适性有较大影响，如果倾斜度选择不合理，可能会使车内空间较小，影响驾驶员以及乘员上下车。侧围的倾斜度(即门门槛梁和上边梁之间Y向的距离)的距离差值在100~150mm合适。(2).凸出零件的圆角半径根据相关标准，对于车身而言，该值应大于2.5mm。(3).A柱所谓A柱，就是位于汽车前挡风玻璃与前车门之间的柱子，按照正面碰撞法规，如若车身侧围受到撞击，对于A柱的可偏移量是有要求的。根据Euro−NCAP相关规定，在64km/h的车速下，对A柱的位移要求小于50mm。(4).A柱几何形状根据《GB11562−1994驾驶员前方视野》相关规定，在车辆行驶过程中，如若驾驶员没有开阔的视野，那么发生交通事故的可能性就会大大增加，而A柱几何形状对视野的开阔性影响很大。考虑到这个因素，对于A柱几何形状设计时，需要降低双目障碍角（该值不得超过6°）以开拓驾驶员的视角。但是这个值也不是越小越好，如果该值过小的话，A柱的刚度就会不足，影响驾驶安全。所以在对A柱几何形状设计时，需要综合考虑这两个因素，在满足刚度的前提下，使驾驶员的视野更为开阔。(5)B柱所谓B柱，指的是前车门和后车门之间的柱子，与A柱相同，B柱受到撞击的可偏移量，根据侧面碰撞法规的规定，在汽车以50km/h的速度行驶时，B柱的位移应≤180±20mm。3.3侧围结构设计当汽车受到正面撞击时，由于防撞钢梁与发动机之间设置有碰撞吸能区，因此车辆受到正面撞击会有较好的保护装置。但是不同于正面，当汽车侧围受到撞击时，由于汽车横向没有此装置，因此必须保证侧围受力后不会产生过大的变形以威胁乘客安全，所以需要选用较大刚性的材料并合理布置以降低侧围结构的变形量和变形进入车内空间的速度，具体措施为：增大车身结构的刚度；改变车身的结构，使碰撞时载荷可以被传递到合理的位置。下面通过一个具体的侧围设计案例，来为本课题后侧围设计提供结构设计参考依据A柱部位a.由于该处上铰链部分相接于前端，故需较大的截面作为支撑；b.而下铰链端则选择窄口收缩的设计；c.下区域尺寸足够大。d.此大面平坦做一根Z向通筋。e.上下铰链加强板做成U型结构且内外板加强板错位相接。图3.2A柱部位设计要求图3.3A柱部位设计要求门槛梁加强板a.在A柱下部尽可能加筋;b.在平坦处加横筋与斜筋.图3.4门槛梁部位设计要求B柱加强板A、b柱强化板下面的接头做成了箱子的形状，提高了强度。b.铰链加强板c.背门槛加强板除具有上述特征外，还具有斜肋；图3.5B柱部位设计要求d.由于后部没有加强板，上加强板与后部的连接被翻起，并通过塞焊与内板连接。图3.6B柱部位上接头设计要求C柱加强板a..上部加强板形成封闭型腔以使C柱满足强度要求;b.封闭型腔内、外以及后门框后轮罩处均布置缓冲块。图3.7C柱加强板部位设计要求上边梁加强板在结束段形成封闭腔体。图3.8上边梁部位设计要求三厢侧围a.薄弱处加强板呈盒式并加装加强筋。b.在强度不足处加装缓冲块，以提高乘车安全性。二厢侧围C、D柱中间的部分的左侧的刚度足够，但右侧需加缓冲块以提高强度并缓冲冲击。图3.9两厢车侧围设计要求3.4侧围结构设计注意事项1、为了增加模具寿命，选择尽可能小的冲压负角。2、圆角应大于3mm，并且在允许范围内尽可能大一些。3、设计零件时，所选择的定位基准应是前面工序共用的孔。4、焊接边宽度应该大于12.0mm，焊接的设备应该操作较为简单，不应过于复杂。5、不能焊接的零件表面应留有间隙。6、孔边与零件边缘距离应大于3mm。7、在结构设计时，为了排出废液，选择足够数量与直径大小合适的孔置于零件最下端。8、注意加工时，应该留有加工余量。9、冲孔方向与孔法矢方向的角度不应过大。10、冲压件拉延的最大相对深度约为0.63.5侧围三维模型绘制本课题采用三厢车车身侧围为研究对象，三厢车侧围主要由A柱外板、B柱外板、D柱外板及后侧围构成。本课题绘图对象为后侧围，首先根据车轮安装要求，以后轮罩的法兰翻边为边界条件，绘制后侧围后轮罩的曲面，如图3.10所示。图3.10后侧围后轮罩曲面造型其次根据门槛梁外板的曲面造型绘制与后侧围轮罩曲线向切的外板曲面造型，如图3.11所示，图3.11后侧围门槛梁外板曲面造型其次根据车门内板的造型及C柱外板造型绘制后侧围相应的曲面造型，如图3.12所示图3.12后侧围C柱外板曲面造型由于车门外板与后侧围外板需构成密封结构，同时又考虑美观性，因此上述轮罩曲面与C柱外板不可采用直曲面直接过渡，需设计成台阶状曲面结构与密封条进行配合构成密封结构，过渡曲面形状如图3.13所示。图3.13后侧围C柱外板与后轮罩过渡曲面造型车尾由于需安装尾灯及其他元件，因此需与尾灯的造型相互配合，本设计从美观性的角度出发，灯罩造型采用与特斯拉相同的造型设计，即尾灯的安装孔在后围板及后侧围板都应预留，尾灯罩的安装孔位与前述曲面造型平滑过渡，保证空气阻力最小，减少油耗，如图3.14所示。图3.14后侧围后灯过渡曲面造型本课题后侧围应用对象为三厢轿车，因此后侧围由于需与后备箱盖配合，从美观性的角度出发，后侧围与后备箱盖过渡曲面采用C字型过渡，如图3.15所示。图3.15后侧围与后备箱盖过渡曲面造型最后整体的后侧围造型如图3.16所示，后侧围采用模压工艺制造，厚度为0.8mm。图3.15后侧围整体曲面造型3.6本章小结本章分析了不同轿车类型的侧围结构，并从各个侧围组成部分分析了其设计要求，此外还分析了后侧围结构设计时的注意事项，根据以上要求，利用catia绘制了三厢车的后侧围造型。4后侧围二维工程图纸绘制4.1车身制图标准坐标系的确定对于坐标系，需使用右手定则确定。如下图所示，X、Y、Z方向分别指车辆的长、宽、高三向。图4.1整车坐标系4.1.1坐标平面的确定通常取沿着车架纵梁上表面平直且较长的一段平面为Z向的坐标零平面，零平面上表面为正方向，下表面为负方向。类似的，Y方向与X方向的零平面分别选为纵向对称中心平面以及车轮的中心线并垂直于高度方向的平面。而正负可如此划分：对于Y方向，左正右负；而X方向则前正后负。4.1.2坐标线的标记及间隔完成坐标系的建立后，需对作图的一些基本标记做出说明。一条坐标线，首先其上字号设置为7号；线间隔一般为100mm或其整数倍；将间隔距离除以100所得到的数值（反方向则标“−”），也属于标记之一。例如：与Z方向的坐标零平面相距300mm且处于负方向，则可标记为−3Z。4.2后侧围工程图纸绘制根据以上各小结车身制图规范，确定整车坐标系、坐标平面后进行坐标线划分，绘制了后侧围的工程图纸，该图纸分为以下几个部分：视图、技术要求、标题栏。视图供包含正视图、左视图及轴测图；根据车身设计要求、加工要求、装配要求、公差要求提出了适用于后侧围结构的技术要求；标题栏表明了图纸比例、重量及侧围材料结构等信息。如图4.2。图4.2后侧图纸4.3本章小结本章首先确定了整车坐标系、坐标平面，其次根据车身相关制图标准，绘制了后侧围的二维工程图纸。

5后侧围有限元建模与模态分析5.1模态分析基础这种技术所具有的意义如下：1.对发动机转动频率波动范围进行计算，并分析汽车其他结构或零件的固有频率等基本参数，以此来避免其大小为转频的整数倍数时的共振。2.对汽车不同的结构或零件的固有频率进行分析，并使其大小保持一定差距，以此来避免同频共振的发生。3.对行驶道路的振动频率进行计算，并分析车上结构或零件的固有频率等参数，以此来避免二者同频共振使行驶颠簸。4.对挂空档时发动机的转动频率波动范围进行计算，并分析汽车其他结构或零件的固有频率等基本参数，以此来避免其大小与空档转频相等而造成的共振问题。5.对汽车的座椅，方向盘，踏板等直接接触乘用人的部件振动频率进行分析，使其大于与人体难以适应的频率保持合理的差距，从而提供给乘用者良好的体验感本章将对后侧围的模态进行分析，分析目的是为了观察后侧的固有频率是否可能与其他部件发生共振，为后续的设计及制造提供参考。5.1网格划分HYPERWORKS提供三种网格供有限元分析使用，分别是二面体、四面体及六面体，由于后侧围薄板类结构，因此采用二面体网格划分较为方便，二面体网格划分的办法通常是通过提取薄板类结构的中面，而后在中面上生成网格，其次赋予相应的厚度即可。利用二面体划分的后侧围网格如图5.1所示，节点数共41028，单元数共80491。图5.1后侧围网格5.2材料属性建立PP+LGF复合材料具有非常多的优点，可以替代传统金属材料从而应用于某些汽车零部件中，如尾门、前支撑模块、侧围等，同时，PP+LGF复合材料还具有优异的性能和低廉的成本。因此，本课题后侧围选用PP+LGF复合材料，其密度为0.69g/cm³，弹性模量为840Mpa，泊松比为0.42，厚度为1.2mm。在HYPERWORKS中赋予相关的材料及属性，如图5.1,5.2所示。图5.1PP+LGF复合材料信息图5.2PP+LGF属性信息5.3模态分析分析后侧围自由模态，分析方法采用HYPERWORKS自带的EIGRA模态计算卡片，此卡片能够充分提高计算效率及计算精度，通过OPTISTRUCT求解后的后侧围前十阶模态如图5.3-5.6所示，模态频率如表5.1所示。表5.1后侧围前十阶模态阶数频率(hz)15.99E-426.56E-436.61E-447.71E-458.75E-468.91E-4744.3846.2948.41051.5图5.3后侧围第七阶模态图5.4后侧围第八阶模态图5.5后侧围第九阶模态图5.6后侧围第十阶模态通过对后侧围进行了模态分析可知，后侧围的前六阶模态为刚体模态，从第七阶开始，后侧的模态频率分别为44.3,46.2,48.4,51.5，而车身的一阶弯曲及一阶扭转模态的频率通常低于35HZ，后侧的最低模态为44.3HZ,大于35，因此本课题所设计后侧不会与车身发生共振的危险。5.4抗凹刚度分析在车辆侧围发生侧面小变形碰撞时，有可能会导致侧围板金件发生凹陷，使得车辆整体的美观性下降。因此本小节将对后侧围在不同的载荷下对侧围的抗凹刚度进行分析，根据实际情况载荷分别取100kg，200kg，300kg，500kg，分析后侧围在相应的载荷下的变形趋势。（1）100kg：当施加的载荷未100kg时，后侧围最大变形为59.5mm，此时处于弹性变形之内，变形云图如图5.7所示。图5.7100kg后侧围变形云图（2）200kg：当施加的载荷未200kg时，后侧围最大变形为118mm，此时处于塑性变形之内，变形云图如图5.8所示。图5.8200kg后侧围变形云图（3）300kg：当施加的载荷未300kg时，后侧围最大变形为178mm，此时后侧围已发生破坏，变形云图如图5.9所示。图5.9300kg后侧围变形云图（4）400kg：当施加的载荷未400kg时，后侧围最大变形为237mm，此时后侧围已发生破坏，变形云图如图5.10所示。图5.10400kg后侧围变形云图（5）500kg：当施加的载荷未500kg时，后侧围最大变形为297mm，此时后侧围已发生破坏，变形云图如图5.11所示。图5.11500kg后侧围变形云图5.5本章小结本章首先根据前面的后侧选材要求，建立后侧的有限元模型，其次开展了后侧的模态分析，最后分析结果表明，后侧围的最低模态为44.3HZ，模态频率较高，因此不会与其余发生耦合共振的风险。参考文献全国私家车保有量首次突破2亿辆《人民日报》（2020年01月08日04版）中国统计年鉴—2012，北京：中国统计出版社，2012杨济匡，覃祯员，王四文等，轿车侧面柱碰撞结构响应与乘员损伤研究，湖南大学学报（自然科学版），2011，38(1)：23-28李超.采用拼接焊板结构的汽车车门轻量化设计方法研究[D].长沙:湖南大学,2011;段大禄，莫易敏，袁友利，王峰，谢业军.基于OptiStruct优化的汽车侧围结构耐撞性研究[J].机械研究与应用，1007－4414(2017)02－0052－04王嵌.轿