车身薄壁梁截面几何形状设计与截面特性
求解软件
SuperBeam V1.0
软件使用说明书
2011
关于软件
目录
1 图形用户界面 (1)
2 创建薄壁梁截面 (2)
2.1 由已有文件导入 (3)
2.2 GUI绘制 (5)
2.3 引导式绘制 (9)
3 求解薄壁梁截面属性 (1)
4 导出薄壁梁截面信息 (2)
5 保存薄壁梁截面信息到SMOB软件 (3)
6. 算例 (1)
6.1开口截面 (1)
6.2 双室封闭截面和开口的组合 (2)
4.2 复杂形貌截面 (2)
1图形用户界面
SuperBeam的用户界面包括菜单栏、工具栏、截面设计区、截面信息区、结果输出区和状态指示区，如图 1-1所示。
图 1-1 用户界面
菜单栏如图 1-2，包含“File（文件）”、“Edit（编辑）”、“View（视图）”、“Help（帮助）”四个下拉菜单。
图 1-2 菜单栏
为了更便捷地绘制、求解薄壁梁截面，本软件将常用的功能放置在工具栏，如图 1-3，每个图标对应功能如下：
图 1-3 工具栏
：新建薄壁梁文件；
：从已有文件中导入薄壁梁截面文本数据；
：导出薄壁梁截面数据到指定文本文件。
：定义并编辑第一边元素。
：定义并编辑加强部分。
：定义并编辑第二边元素。
：选择焊点对。
：引导绘制薄壁梁截面。
：将绘图区的薄壁梁截面图像进行放大。
：将绘图区的薄壁梁截面图像进行缩小。
：将绘图区的薄壁梁截面图像适合可见。
：求解薄壁梁截面属性。
：保存薄壁梁截面信息到SMOB软件主界面的Treeview数据栏中。
2创建薄壁梁截面
创建薄壁梁截面有三种方式：由已有文件导入、GUI绘制、引导绘制。下面分别通过三种方式设计一个薄壁梁截面。
图 2-1 示例薄壁梁截面
所绘制薄壁梁截面如图 2-1所示，该薄壁梁由3块薄壁板冲压成型、点焊连接，如图 2-2，三块薄板分别成为第一边元素、第二边元素和加强部分，共包含12个节点。每个边元素所含点坐标信息如表 2.1所示。
图 2-2 示例薄壁梁截面分解图
表 2.1 薄壁梁节点坐标信息
节点编号坐标
1 （-70,0）
2 （-50,0）
3 （-30,40）
第一边元素
4 （20,40）
5 （50,0）
6 （70,0）
7 （-50,0）
8 （-20,-40）
第二边元素
9 （30,-40）
10 （50,0）
11 （-50,0）
加强部分
12 （50,0）
2.1 由已有文件导入
1.在菜单栏依次点击“File”、“Import”，如图 2-3，或者在工具栏点击导入图标进入导入文件对话框。
图 2-3 导入文件
2.在文件导入对话框（图 2-4），找到已有的薄壁梁文件，点击打开。如图 2-5，绘图区是根据文件信息会指出的薄壁梁截面，左侧截面信息区输出的是薄壁梁的点、片段、边元素以及焊点信息。
图 2-4 查找文件
图 2-5 绘图完成
2.2 GUI绘制
1.在菜单栏依次点击“Edit”、“UpperSheet”，或者在工具栏点击图标编辑第一边元素。
图 2-6 编辑第一边元素
2.在弹出的对话框里，设置边元素的厚度，点击“OK”。
图 2-7 设置边元素厚度
3.在绘图区依次鼠标左键单击绘出6个点相连的折线段。
图 2-8 绘制第一边元素
4.修改点坐标。在绘图区移动鼠标至需要修改的节点附近，出现方框时右键点击“Modify”，弹出Point Modify对话框，在对话框里输入要修改的节点坐标，点击“OK”完成修改。
图 2-9 节点修改
5.依次修改第一边元素上的六个节点坐标，完成第一边元素的绘制。
图 2-10 第一边元素
6.在菜单栏依次点击“Edit”、“LowerSheet”，或者在工具栏点击图标进入编辑第二边元素。具体操作参照步骤2~5。
图 2-11 编辑第二边元素
7.在菜单栏依次点击“Edit”、“ReinforcementSheet”，或者在工具栏点击图标进入编辑加强板。具体操作参照步骤2~5。
图 2-12 编辑加强部分
需要说明的是，为了方便地定义焊点，在6、7两步时的焊点的节点坐标要不同于第一边元素的焊点坐标（如图 2-13），在第8部定义焊点时，软件会自动把焊点拉到同一位置，并修改相应的节点坐标。
图 2-13 未定义焊点的截面
8.定义焊点。在菜单栏依次点击“Edit”、“Spot”，或者在工具栏点击图标进入定义焊点功能。
图 2-14 定义焊点功能
在绘图区移动鼠标至第二边元素焊点节点附近，出现方框时左键点击定义为第一个焊点，该点会自动显示为红色；然后在第一边元素上定义第二个节点，软件会自动把第一个焊点“拉到”第二个焊点处（如图 2-15），同时把第一个焊点的坐标改为第二个焊点的坐标。由于焊点是成对出现的，也称作焊点对，软件会在左侧信息里显示出焊点对信息。
图 2-15 定义焊点
依次定义余下3对焊点对，完成薄壁梁截面的绘制。
图 2-16 完整薄壁梁截面
2.3 引导式绘制
1.在菜单栏依次点击“Edit”、“GuideDesign”，或者在工具栏点击图标进入引导绘制
薄壁梁截面功能。
图 2-17 引导绘制功能
2.引导式绘制薄壁梁截面如图 2-18所示，分为边元素和节点定义区，未定义边元素类型
及厚度之前，节点定义区处于失活状态。边元素定义区用于定义边元素类型和厚度。其中边
元素类型可选择“UpperSheet”、“ReinforcementSheet”、“LowerSheet”，分别代表第一边元素、
加强部分、第二边元素。
图 2-18 引导绘制薄壁梁截面界面
在SheetType栏里选择“UpperSheet”，定义厚度为2，点击“OK”，节点定义区将自动被激活，同时边元素定义区失活。
图 2-19 选择第一边元素
3.定义第一边元素节点。节点定义区后，包括节点编号、节点Y坐标、节点Z坐标，其中节点编号自动生成。在节点Y坐标和Z坐标栏中分别输入1节点的坐标-70、0，点击“OK”，软件将自动读入节点1的坐标，同时将节点编号改为2，并清空相应的节点Y坐标和Z坐，如图 2-20。
图 2-20 定义节点
依次定义第一边元素上的其他节点。在完成最后一个节点后，点击节点定义区的“Finish”完成第一边元素的编辑，此时节点定义区后失活，边元素定义区自动激活（图 2-21）。
图 2-21 第一边元素编辑完成
4.按照2~3步骤，定义第二边元素与加强部分。定义完成后点击边元素定义区“Finish”，软件将自动转到焊点对定义界面（如图 2-22）。
5.定义焊点对，如图 2-23定义第一对焊点对，然后类似定义其余三对焊点对。
图 2-22 焊点对定义界面图 2-23 定义焊点对
6.定义完所有焊点对后，点击“Finish”完成焊点对的定义，软件将自动转到主界面，绘制出的薄壁梁截面如图 2-24
图 2-24完整薄壁梁截面
3求解薄壁梁截面属性
绘制薄壁梁截面后，在菜单栏点击“Edit”、“Solve”，或者在工具栏点击图标进入截面属性求解功能。
图 3-1 截面属性求解
如图 3-2，点击求解后，软件会自动识别薄壁梁的类型，并在左侧信息栏输出腔室信息，同时在结果输出区显式薄壁梁截面属性，求解截面属性包括横截面面积，形心坐标，相对于形心的绕y轴惯性矩、绕z轴惯性矩、惯性积，最大惯性矩，最小惯性矩，扭转惯性矩。
图 3-2 求解结果
4导出薄壁梁截面信息
可将已创建好的薄壁梁截面信息导出到文本文件中，以备再次使用。在菜单栏点击“File”、“Export”，或者在工具栏点击图标，在弹出的保存对话框里，选择地址，设置好文件名，点击“保存”即可。
图 4-1 导出薄壁梁信息
5保存薄壁梁截面信息到SMOB软件
在菜单栏点击，或在工具栏点击，打开保存窗口图5-1。给截面起名，点击OK，即可将保存薄壁梁截面信息到SMOB软件，如图5-2。
图5-1保存薄壁梁截面信息到SMOB软件
图5-2 SMOB软件中保存的薄壁梁截面数据
6. 算例
6.1开口截面
如图6-1所示开口薄壁梁截面，各个节点坐标信息如图所示，每个区段厚度均为2mm。
图6-1 开口截面
表6-1开口薄壁梁截面属性对照表
计算结果SuperBeam Altair’s HyperBeam
横截面积 80 79.992
形心Y坐标 7.5 7.4993
形心Z坐标 10 9.9999
相对形心绕Y轴的惯性矩5346.67 5346.51
相对形心绕Z轴的惯性矩846.667 846.642
相对形心的惯性积 0 0
绕Y轴回转半径 8.175 ——
绕Z轴回转半径 3.25320 3.25317
最大主惯性矩 5346.67 5346.67
最小主惯性矩 846.67 846.642
主轴方向角 0 0
扭转惯性矩 106.667 106.666
6.2 双室封闭截面和开口的组合
如图6-2为双室封闭双室封闭截面和开口的组合薄壁梁截面，各个节点坐标信息如图所示，每个区段厚度均为2mm。
图6-2 双室封闭截面和开口的组合
表 6-2双室封闭和开口的组合薄壁梁截面属性对照表
计算结果SuperBeam Altair’s HyperBeam
横截面积 180 179.998
形心Y坐标 7.2222 12.7777
形心Z坐标 10 9.9999
相对形心绕Y轴的惯性矩10700 10699.6
相对形心绕Z轴的惯性矩5971.11 5970.92
相对形心的惯性积 0 0
绕Y轴回转半径 7.71 ——
绕Z轴回转半径 5.75959 5.75953
最大主惯性矩 10700 10699.6
最小主惯性矩 5971.11 5970.92
主轴方向角 0 0
扭转惯性矩 5386.67 5376.28
6.3 车身B柱截面
车身B柱薄壁截面各个节点坐标信息上图所示，每个区段厚度均为2mm。
图6-3 车身B柱薄壁截面简化模型
表6-3 C301车身B柱薄壁梁截面属性对照表
计算结果求解器解Altair’s HyperBeam
横截面积 861.2 861.2
形心Y坐标 60 60
形心Z坐标 5.64 25.636 相对形心绕Y轴的惯性矩198772.9198773
相对形心绕Z轴的惯性矩1251187.61251190 相对形心的惯性积 0 0
绕Y轴回转半径 15.19 15.19
绕Z轴回转半径 38.12 ——
最大主惯性矩 1251187.61251190
最小主惯性矩 198772.9198773
主轴方向角 0 0
扭转惯性矩 483671.6483672