HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用

1、HyperWorks在车身结构胶粘剂优化中的应用HyperWorks在车身结构胶粘剂优化中的应用body structural adhesive optimization中的hyperworks应用程序王宇飞(道化(中国)投资有限公司汽车系统部门上海201203)选择：结构胶连接可以在汽车制造中起到有效提高车身刚度、碰撞安全性和疲劳耐受性的辅助主体强化作用。本文首先介绍了利用HyperMesh前处理器和RADIOSS解算器构建静态刚度计算模型，利用OptiStruct的拓扑优化技术优化结构胶粘剂的位置以适应刚度条件，并根据优化结果确定最佳应用位置，从而为主要工厂客户提供最佳性价比。关键词：主体

2、刚性结构胶粘剂拓扑优化HyperWorksAbstract : structural adhesive，as a key joining technology in modern car body，can play a significant role in body enhancement includivein this paper，Structural adahesive is designed to improve the static body stiffness。hypermesh pre-processor and radioss solver are used to build

3、 a static stif fness Finite element model and baseline result firstly . then，Opti sttedKeywords : body stiffness、structural adhesives、拓扑优化、hyperworks1概述与宝马、戴姆勒、陶氏化学合作开发的车身结构粘合剂用于戴姆勒主体，提高车身的刚度、碰撞和耐久性。结构胶连接或结构胶和点焊的混合连接可以提供比简单点焊连接更高的剪切和剥离强度。近年来，随着轻量化要求的提高，陶氏化学mate结构胶系列进一步致力于连接铝、镁合金等轻金属和复合材料与现有车身的重要方法1-

4、7。传统的车身连接法兰长度约为100 160米，在成本和性能之间达到平衡，在一些高级模型中，除了将整个铝车身或复合车身用作连接手段外，传统的钢车身通常在20 60米之间，根据设计需要，随着理解和消化各汽车工厂的结构粘合剂连接优势和使用方法，用途每年都有增加的趋势。本文以使用Tao beta mate结构胶提高车身静态刚度为例，介绍了如何使用HyperWorks软件8以最低的材料成本实现最佳性能提高。2体刚度有限元模型及计算结果在前处理中使用HyperMesh建立车身静态扭转刚度和静态弯曲刚度的有限元模型。车身的静态刚度可以用多种方法计算，这里使用的是比较普通的方法。其中，扭转刚度通过图1(a)

5、所示的惯性释放方法计算，通过在前后减震器支架上分别加载对称力矩m计算，扭转刚度值通过以下方法计算：在主体中使用3D实体单元的结构胶可以使用HyperMesh的2d连接器面板有效地将结构胶单元添加到主体法兰中，而在主体主体中使用结构胶单元的位置为约132米的所有粘合剂应用位置构建有限元模型，如图2所示。所有计算均使用RADIOSS解析器，后处理软体为HyperView，计算检查点的位移后，根据上述公式取得静态扭转刚性和静态弯曲刚性，并根据其他条件进行比较。表1比较了有结构胶的刚性连接和没有的结构胶的刚性结果。如表所示，车身凸缘用结构胶连接时，扭转刚度提高到约2.34 kNm/deg，弯曲刚度提高

6、到1.30 kN/mm升。3结构胶拓扑优化及结果由于车身车间工程上的限制和主机厂设计成本的限制，我们需要优化结构胶的施工位置，以最小的结构胶达到最佳效果。HyperWorks的拓扑优化功能提供了良好的解决方案。优化在一个输入文件中分别为扭转刚度和弯曲刚度设置不同的子分析阶段，并根据主机工厂的设置要求为扭转刚度和弯曲刚度设置相应的权重。优化计算后，输入的h3d文件将在HyperView后处理器中读取，然后选择最后一个重复步骤以确定结构胶单元的单位密度，如图3所示。对于该主体，在前、c柱下接头和后支架上涂抹结构胶有助于提高扭转刚度，在阈值梁、b柱、后纵梁和前、后地板交点上添加结构胶有助于提高弯曲刚

7、度，铰链柱和后后轮罩和后减震器的结构胶有助于提高弯曲和扭转刚度。图4显示了基于上述分析结果的粘合剂推荐图。表2显示了图4中胶粘剂体系的车体刚度计算结果。在此方案中，所有结构胶线长度之和约为40米，上对全长132米，橡胶线长度减少了约70%，而刚度值的减小宽度不明显，仍然控制扭转刚度值(大于主机工厂要求的25 kNm/deg)，以达到设计要求。4结论(1)道氏结构胶粘剂产品能有效提高车身刚度，提高车辆的NVH性能和驾驶经验。(2) HyperWorks的拓扑优化技术消除了多达70%的材料使用成本，实现了最佳性价比，并实现了主机工厂和供应商之间的双赢。(beta mate是道化学公司的注册商标)5

8、参考资料1 Lutz、a、symietz、d . innovative structural adhesive approach for car manufacturing。in : auto技术3 (2003)、否. 5、PP . 4246。2pfestorf m . multi-material light weight design for the body in white of the new BMW 7 series，International conference innoo3 mlekschb、El sasser h、Audithe new a6、euro car body 2011、13 th global car body benchmarking conference4 chas、SEO s、chan I s、Hyundaithe new i40、euro car body 2011、13 th global car body benchmarking conference5 symietzd，Lutz a . structural bonding in autoobile manufacturing 3360 properties，applications and performance of