導讀：有限元法在機械結構模態、強度和剛度分析方面因具有較高的計算精度而到普遍採用，特別是在材料應力-應變的線性範圍內更是如此。主機廠和汽車設計公司通過建立高性能的計算機輔助工程分析系統，其專業CAE隊伍與產品開發同步地廣泛開展CAE應用，在指導設計、提高質量、降低開發成本和縮短開發週期上發揮著日益顯著的作用。
CAE應用於車身開發上成熟的方面主要有：模態、剛度、強度、NVH分析、機構運動分析等；而車輛碰撞模擬分析、金屬板件衝壓成型模擬分析、疲勞分析和空氣動力學分析的精度有進一步提高，已投入實際使用，完全可以用於定性分析和改進設計。
前不久，筆者在仿真秀平臺原創首發的整車結構模態剛強度聯合仿真，它通過使用Hypermesh軟件作為
有限元前處理工具，以Nastran軟件作為模態、剛度、強度和振動分析仿真工具，以Femfat軟件作為電池包振動疲勞仿真工具，建立有限元仿真分析模型，最終使用Hyperview軟件實現對汽車零部件模態、剛度、強度和振動疲勞等工況結果進行查看和評估，課程講解詳細，有助於學者能夠快速掌握有限元學習要點。藉此機會和大家分享整車結構模態剛強度聯合仿真的流程與案例。一、幾何清理
利用Hypermesh軟件對模型進行前處理：
對於結構剛強度仿真，模型中的部件等對系統影響較小可捨棄；對於系統影響較大的零件幾何特徵可以適當簡化，如倒角結構、結構對齊等。簡化完成後，檢查整個模型是否有干涉和其他問題，如有問題，可用Hypermesh軟件對其進行修復，如無問題，可利用中面抽取工具對模型進行中面抽取。中面抽取後就要進行幾何清理：
1、 對螺栓孔周邊以及倒角等敏感部位單元邊長不小於3mm,3-5mm之間的單元數量小於單元總量的3%，實體單元平均尺寸3mm(2-4mm)，用六面體單元。
2、 單元質量
整個模型三角形單元數≤15%，除結構限制外，不允許有兩個以上三角形單元相鄰；
3、 R4以下的安裝孔以4個節點模擬，R4以上的至少6節點；
4、 R5以下倒角忽略，用一層單元表示；寬度大於8mm，用2層以上單元表示；
5、 焊點用connector建立，幷包含焊接各層的信息，焊接邊至少2排單元；
6、 焊點各層的節點投影對齊，焊點類型acm；7、 焊縫用rbe2單元連接，上下兩層；8、 底盤鈑金件用5*5的SHELL建模，單元節點對齊；9、包邊：外包零件和被包零件初始連接處共節點，包邊僅有中間一層單元；
10、螺栓連接：RBE2和BAR單元共同模擬/或者僅僅使用rbe2
11、粘膠：上、下單元與連接零件節點對齊，用實體單元adhensive
13、集中質量採用MASS質點；
14、接觸厚度（干涉檢查）
15、每個零件要進行法向、自由邊檢查，法向一致，不能有自由邊；
16、儀表板、閉合件內飾的卡扣採用RBE2模擬。
經過以上處理，可以得到未經連接的有限元模型，此時模型中每一個零部件都是獨立存在的，尚未簡歷連接關係，如下圖所示：
二、模型裝配連接
通過分析數模的結構組成及各部件的作用進而決定對部件的保留、簡化、和連接關係，在儘可能保證仿真精度的情況下，通過簡化減少網格的數量同時提高網格質量，提高計算效率，但是零部件之間的連接關係能夠對仿真結果起到很大作用和影響，因此需要準確對模型進行連接設置。下圖是連接後的模型。常見的連接包括焊點、膠粘、縫焊和螺栓。
三、有限元邊界條件設置
為了使仿真結果更加合理，有限元模型必須建立科學的邊界條件。主要有以下邊界條件：約束（單點約束SPC、多點約束MPC）等、載荷（集中力、均布力、力矩）等。
四、 仿真分析
以Nastran軟件作為模態、剛度、強度和振動分析仿真工具，以Femfat軟件作為電池包振動疲勞仿真工具，建立有限元仿真分析模型，最終使用Hyperview軟件實現了對汽車零部件模態、剛度、強度和振動疲勞等工況分析結果查看。
五、 案例截圖
1、前懸架約束模態（如下圖）：
2、白車身自由模態分析（如下圖）：
3、車門約束模態分析車門扭轉、窗框和安裝點剛度分析（如下圖）
4、白車身剛度分析含剛度曲線繪製（如下圖）
5、液壓工作臺強度分析（重力場）（如下圖）
6、液壓拖撐支架強度分析（集中力）（如下圖）
7、重卡空調支架頻率響應強度分析（頻響強度）（如下圖）
8、下襬臂強度分析（慣性釋放）（如下圖）
9、動力電池包隨機振動分析和動力電池包振動疲勞分析（振動疲勞）（如下圖）
10、前懸架瞬態響應分析和前縱梁屈曲分析（瞬態響應和屈曲分析）（如下圖）
講師介紹Iven_Zone，3年的結構安全仿真分析從業經驗，機械電子工程專業，碩士學歷，仿真秀科普作者。學習或工作經歷：老師從事汽車CAE結構安全仿真分析，主要進行整車結構靜強度分析、整車碰撞安全仿真分析等。
作者：Iven_Zone ，仿真秀專欄作者
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