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HyperWorks在汽车中的应用- 优化
HyperWorks: 成功的仿真驱动汽车设计解决方案
在汽车CAE领域，Altair有20多年的经验，是公认的领导者，提供先进的建模、求解和优化工具。
全球绝大部分领先的汽车公司和供应商都使用HyperWorks平台，通过我们的许可证模式将价值最大化。
结构性能分析只是产品研发众多节点中的一步，产品工程师需要提供改进方案，以满足强度、重量、可靠性等要求，而且方案需要在很短的时间内提出。
如此具有挑战性的目标，可以通过使用先进的HyperWorks 平台中创新的优化方法实现。
HyperWorks可以在产品概念和详细设计阶段实施优化，满足产品多学科设计周期。
其中Altair OptiStruct 是屡获殊荣的集成分析和优化工具，可以进行结构各个设计阶段的优化。
Altair HyperStudy是独立于求解器的优化工具，可以进行试验设计，优化，与所有的第三方求解器可集成使用。
通过使用OptiStruct和HyperStudy，工程师可以：
∙更快得到最好的产品，更快实现产品上市
∙构想具有更好性能的创新设计方案
∙降低成本，提高环保性能
∙得到更可靠和稳定的设计，延长产品使用周期
∙在整个设计周期提高设计效率。
HyPermesh二次开发在乘用车接头刚度仿真分析中的应用作者：王鹏杨建森武振江曹建吴杨来源：《汽车科技》2020年第04期摘要：接头是白车身框架结构的重要组成部分，接头刚度分析作为乘用车刚度性能开发中必不可少的分析项目，通常在创建局部坐标系、施加边界条件、创建载荷步以及设置求解控制参数方面进行大量的重复工作。
为减少重复性劳动，本文以接头基础网格模型为输入，利用Hypermesh二次开发功能，采用Tcl/Tk语言编写了接头刚度分析过程中局部坐标系创建、载荷施加、载荷步创建以及求解控制参数设置的自动化程序，可大幅提高分析效率，提高分析结果的准确性和一致性。
关键词：接头刚度;CAE;二次开发;Tcl/Tk程序中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2020）04-0030-07王鹏毕业于武汉理工大学，硕士。
现就职于中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，任CAE分析工程师。
主要研究方向：CAE仿真分析自动化。
1Hypermesh二次开发关键技术Hypermesh界面和二次开发语言都为Tcl（ToolCommand Language），Tcll司Perl、JavaScript、Born、Korn一样，是一种脚本语言，具有语法简单、无需编译、不依赖平台等特点。
Hypermesh基于Tel提供了4类二次开发命令：TelGUI Commands、Tcl Modify Commands、Tcl QueryCommands、Utility Menu Commands。
其中第一类和第三类命令以“hm_”开头，分别进行界面控制和提取模型信息，第二类和第四类命令以“*”开头，分别进行执行操作和按钮等控制。
Hypermesh启动后，所有的操作命令都保存在工作目录下的eommand.cmf本文件中。
在command.cmfSC件中提取相应操作的宏命令，即可作为一段可执行的Tcl Mod曲Commands。
某纯电动汽车白车身弯曲刚度分析与优化设计汪跃中;贺鑫;董华东【摘要】在某款纯电动汽车的设计开发过程中,为满足操纵性、安全性、可靠性、NVH、碰撞安全等性能要求,同时由于布置电池后下车体骨架的结构变更,需要对白车身弯曲刚度进行CAE分析.利用HyperMesh、Nastran、HyperView等仿真软件建立纯电动汽车白车身有限元模型,并进行弯曲刚度分析.根据CAE分析结果提出优化方案,再对优化方案进行弯曲刚度分析,最终保证优化后的白车身弯曲刚度满足目标值要求,为该车型白车身结构改进和优化设计提供参考.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】3页(P50-52)【关键词】白车身;弯曲刚度分析;优化设计【作者】汪跃中;贺鑫;董华东【作者单位】奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000;奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000;奇瑞新能源汽车股份有限公司,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】U463.20 引言随着汽车市场的快速发展，顾客对汽车操纵性、安全性、可靠性、NVH、碰撞安全、异响控制等整车性能的关注和需求越来越高[1]。
而白车身作为整车结构设计的基础及轿车的关键总成，其刚度高低是考察这些性能及品质的重要指标[2]。
车身刚度不足会导致车身易变形、异响、疲劳断裂等质量异常，极大影响车辆的正常工作状态及客户对车辆的满意度，因此车身结构刚度特性在整车性能中起到至关重要的作用。
白车身高刚度成为整车性能开发中的趋势，以满足装配和使用要求[3]。
白车身刚度包括扭转刚度和弯曲刚度，分别是指白车身在受到扭转、弯曲载荷时，车身抵抗扭转、弯曲变形的能力[4]，其大小直接决定轿车在实际驾驶中承受外载荷的变形程度。
纯电动汽车由于要变动下车体的骨架结构以布置电池[5]，会极大影响到白车身的弯曲刚度，因此本文作者主要针对纯电动汽车的弯曲刚度进行CAE分析与优化设计。
白车身模态分析与对标作者：章建军，陈芳，林宏来源：《时代汽车》 2017年第23期摘要：本文以某轿车白车身为研究对象，对其进行模态分析，并进行了有限元仿真结果与试验结果的对标。
对标结果表明：有限元仿真结果与试验结果相差在5% 之内，该有限元仿真模型是有效的。
关键词：模态分析；有限元；白车身；对标1 引言频率是物体的固有属性，模态分析常用来求解物体的频率特性。
在汽车开中，频率特性作为车身振动系统特性的一个重要特征，用来评价汽车的舒适性、安全性和可靠性。
本文以某轿车白车身为研究对象，对其进行有限元模态分析，提取其固有频率、振型等参数，并利用有限元仿真结果与试验结果的对标来验证其有限元模型的有效性。
2 白车身有限元模型的建立白车身主要由钣金件、焊点和粘胶构成。
本有限元模型中，钣金件采用Shell壳单元模拟，单元基本尺寸为5mm。
焊点和粘胶采用solid 实体单元模拟，其中2层焊的焊点单元尺寸为5mm，三层焊的焊点单元尺寸为8mm，螺栓用RBE2 单元模拟。
最终搭建完成的白车身有限元模型如图1所示，材料参数如表1所示。
该有限元模型为无约束自由状态，采用Block Lancz-os法对其进行自由模态分析。
3 模态试验方法白车身的模态试验条件为合格的不带车门、罩盖及玻璃的白车身，车身采用柔性绳索悬吊，近似自由状态，并采用两点激励、多点响应法来进行模态试验，模态试验如图2所示。
其中模态试验项目一般包括各阶模态频率、阻尼比、振型描述及振型图。
4 车身模态有限元仿真分析与对标表2为白车身模态仿真有限元分析与试验析结果与试验结果的振型图高度一致，且频率误差小于5%，该模型是有效的。
详细的振型对比如图3至图6所示：5 结语（1）试验结果表明：整体一阶扭转模态频率32.20Hz，大于设定的目标值30Hz，满足要求；整体一阶弯曲模态频率53.68 Hz，高于目标值50Hz，满足要求；两个频率错开较远，不会造成共振。
（2）通过有限元分析结果和试验结果对比发现，两者的振型图高度一致，且频率误差小于5%，该模型是有效的，可用该模型进行后续仿真优化。
HyperWorks在白车身刚度建模对标分析中的应用作者：瞿晓彬戴轶1 引言现代轿车车身大多数采用全承载式结构，承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，主要包括扭转、弯曲等载荷，在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性则尤显重要。
车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、NVH性能等关键性指标，白车身的弯曲刚度和扭转刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节。
本文通过和试验方案对比，提出了用于刚度分析的有限元模型前处理方法，通过将计算结果和试验结果对比，证明了前处理方法的合理性。
2 白车身结构刚度分析的前处理2.1 白车身结构的有限元建模根据企业内部标准，首先利用HyperMesh对白车身各部件进行网格划分，得到白车身的有限元模型，如图1所示。
该模型主要由四节点和三节点的壳单元构成，焊点采用ACM方式，部分结构涂胶采用胶粘单元模拟。
该模型共有438145个节点，432051个单元。
图1 白车身结构有限元模型2.2 边界条件与载荷的处理在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。
前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。
同时，前轴扭转夹具对车身前部起到了支撑作用，扭转刚度试验如图2所示。
故有限元模型中，扭转工况的边界条件为：后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度，前减震塔约束X方向的自由度。
扭转工况的载荷施加在前减震塔中心点上，在垂向施加大小相等方向相反的载荷。
载荷的大小通过公式F=M/L求得，其中M为试验要求的扭矩值，L为左右减震塔中心之间的距离。
在线性分析中，施加扭矩的大小和最后计算得到的刚度值无关，但是为了和试验中测点的位移作对比，分析中施加的扭矩大小应该和试验的相同，故分析中施加的扭矩为4080Nm，如图3所示。
图2 扭转刚度试验装置图图3 扭转工况示意图弯曲刚度试验中，固定夹具通过球铰作用于前后减震塔上，试验过程中前部机构在X方向会产生微小的位移，故有限元模型中，弯曲工况的边界条件为：前减震塔约束Y,Z 2个方向的自由度，后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度。
HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用HyperWorks 在车身结构胶优化中的应用HyperWorks Application In Body Structural Adhesive Optimization王宇飞（陶氏化学（中国）投资有限公司汽车系统事业部上海201203）摘要：结构胶连接在汽车制造中可以起到辅助车身增强的作用，可有效提高车身刚度、碰撞安全性以及耐疲劳性。
本文以结构胶对某白车身的静态刚度提升为例，首先采用HyperMesh 前处理器及RADIOSS 求解器搭建了静态刚度计算模型，并利用OptiStruct 的拓扑优化技术针对刚度工况对结构胶的位置进行优化，根据优化结果确定最优应用位置，从而为主机厂客户提供最优性价比的方案。
关键词：车身刚度结构胶拓扑优化HyperWorksAbstract: Structural adhesive, as a key joining technology in modern car body, can play a significant role in body enhancement including stiffness, crash safety, and fatigue resistance improvement. In this paper, structural adhesive is designed to improve the static body stiffness. HyperMesh pre-processor and RADIOSS solver are used to build a static stiffness finite element model and baseline result firstly. Then, OptiStruct is employed for topology optimization in order to find the most sensitive structural adhesive locations of stiffness improvement. Accordingly, the best cost-effective structural adhesive solution is provided to automotive OEMs.Key words: body stiffness, structural adhesives, topology optimization, HyperWorks1 概述车身结构胶诞生于二十世纪九十年代，由BMW，Daimler 公司与陶氏化学公司合作开发，首先用在Daimler 车身上，用于提升车身刚度、防撞性和耐久性。
HyperWorks在白车身刚度建模对标分析中的应用
瞿晓彬戴轶
上海汽车集团股份有限公司技术中心
HyperWorks在白车身刚度建模对标分析中的应用HyperWorks Application in BIW Stiffness Modelling and Correlation Analysis
瞿晓彬戴轶
（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海，201804）
摘要：本文建立了某车型白车身结构的有限元模型，通过和刚度试验方案相对比，确定有限元模型的边界条件及分析载荷，并介绍了用于刚度计算的输出点的处理方法。
利用OptiStruct计算了该白车身结构的扭转刚度和弯曲刚度，并将计算结果与试验结果进行了对比，结果表明计算结果和试验结果有较好的吻合，证明了白车身刚度建模和输出点处理方法的合理性。
关键词：有限元，白车身，刚度，试验
Abstract: In this paper, a FE model of BIW is established. The FE model’s boundary conditions and analysis loads are applied, by comparing the FE method with testing. The bending and torsion stiffness analysis of the BIW is carried out using OptiStruct. The related analysis results are compared with the test results. The results show that the outcomes match well, which means the FEM modelling is reasonable.
Key words: FEM, BIW, stiffness
1 引言
现代轿车车身大多数采用全承载式结构，承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的所有载荷，主要包括扭转、弯曲等载荷，在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性则尤显重要。
车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、NVH性能等关键性指标，白车身的弯曲刚度和扭转刚度分析是整车开发设计过程中必不可少的环节。
本文通过和试验方案对比，提出了用于刚度分析的有限元模型前处理方法，通过将计算结果和试验结果对比，证明了前处理方法的合理性。
2 白车身结构刚度分析的前处理
2.1 白车身结构的有限元建模
根据企业内部标准，首先利用HyperMesh对白车身各部件进行网格划分，得到白车身的有限元模型，如图1所示。
该模型主要由四节点和三节点的壳单元构成，焊点采用ACM 方式，部分结构涂胶采用胶粘单元模拟。
该模型共有438145个节点，432051个单元。
图1 白车身结构有限元模型
2.2 边界条件与载荷的处理
在白车身扭转刚度试验中，后轴固定夹具通过球铰作用于后减震塔上。
前轴扭转夹具通过球铰作用于前减震塔处，此处球铰的作用是为了保证载荷作用在垂直方向上，在试验过程中，该机构在y方向会产生微小的位移。
同时，前轴扭转夹具对车身前部起到了支撑作用，扭转刚度试验如图2所示。
故有限元模型中，扭转工况的边界条件为：后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度，前减震塔约束X方向的自由度。
扭转工况的载荷施加在前减震塔中心点上，在垂向施加大小相等方向相反的载荷。
载荷的大小通过公式F=M/L求得，其中M为试验要求的扭矩值，L为左右减震塔中心之间的距离。
在线性分析中，施加扭矩的大小和最后计算得到的刚度值无关，但是为了和试验中测点的位移作对比，分析中施加的扭矩大小应该和试验的相同，故分析中施加的扭矩为4080Nm，如图3所示。
图2 扭转刚度试验装置图
图3 扭转工况示意图
弯曲刚度试验中，固定夹具通过球铰作用于前后减震塔上，试验过程中前部机构在X 方向会产生微小的位移，故有限元模型中，弯曲工况的边界条件为：前减震塔约束Y,Z 2个方向的自由度，后减震塔约束X，Y，Z，3个方向的自由度。
根据试验要求，弯曲刚度的分析，包括中部加载工况和后部中间加载工况两种工况。
中部加载工况：在前排座椅安装点处共施加6670N载荷。
试验时将木块置于前排座椅安装点上，然后在木块上进行加载，如图4所示；在有限元模型中，将6670N均布在前排座椅安装点处，如图5所示。
图4 弯曲刚度试验中部加载方式
图5 弯曲工况示意图
后部中间加载工况：在行李箱中部加载3335N。
试验时将木板横放在行李箱中部地板上，木板边缘与车身内壁的距离为70mm，木板的宽度为400mm，然后在木板上进行加载，如图6所示；有限元模型中的实现方式为，将载荷3335N均布在图7所示的矩形区域内（不包括模型中下凹部分），矩形的尺寸和位置按照试验中木板的尺寸和位置来确定。
图6 弯曲刚度试验后部加载方式
图7 弯曲工况后部加载示意图
2.3 输出点的选取
试验中在车身底部布置测点，测点的布置方式如图8所示。
为了考察车身的总体刚度情况，并能更准确地与试验结果作对比，在白车身上共选取320个点，作为Z向相对位移的结果输出，然后求得刚度值。
车身各部件上选取的输出点按特定的节点号排列。
为了方便观察选取点的位移情况，在选取点之间创建PLOTEL单元，如图9、图10所示，图中方框中的数字代表两节点之间均布的节点数。
图8 车身底部测点布置示意图
图9 车身底部PLOTEL单元示意图
图10 顶部和侧围PLOTEL单元示意图
3 白车身刚度分析及数据处理
利用OptiStruct求解器，对白车身在上述载荷工况下进行静态分析，得到扭转工况和弯曲工况下的Z向位移分布，如图11、图12、图13所示。
图11 扭转工况下白车身Z向位移分布图
图12 弯曲工况下白车身Z 向位移分布图（工况一）
图13 弯曲工况下白车身Z 向位移分布图（工况二）
在HyperView 中，将上述定义的输出点的坐标值和位移值输出到Excel 表中，根据门窗输出点分析前后的坐标值，计算出各工况下门窗对角线的位移变化量，计算结果均小于2mm ，满足要求。
扭转刚度的计算，选取前左右减震塔3、15点的Z 向位移输出，按下式计算：
()]L Z Z arctg M K t /153∆+∆=
M 为施加的扭矩；和为点3和点15的Z 向位移值；L 为点3与点15之间的距离。
其它输出点作为参考点，以便于和试验结果作对比。
3Z ∆15Z ∆弯曲刚度的计算，选取所有输出点中的最大位移值，按下式计算：
max /D F K b =
F 为弯曲工况中总的加载力；D max 为选取点中Z 向最大位移值。
白车身扭转和弯曲刚度的计算结果和试验结果的对比如表1所示。
表1 弯曲刚度和扭转刚度计算值
工况试验值计算值误差扭转工况24875N/mm 24409
N.m/deg 1.87% 弯曲工况1 8607Nm/deg 8850N/mm 2.82% 弯曲工况2 5824 Nm/deg 6156N/mm 5.7%
4 结论
有限元模拟计算的结果与实验结果有较好的吻合，误差不超过15%，说明有限元建模、
边界条件和载荷的处理，以及后处理中数据处理的合理性。
5 参考文献
[1] HyperWorks User’s Manual, Altair Company。
