图1  有限元模型

NXTM软件是一个全面的多CAD有限元建模和结果可视化产品，能够满足普通设计工程师和有经验的CAE分析师的多种需要。NX Nastran广泛地应用于很多行业，涵盖各种工程学科，提供全面的产品性能仿真。现代汽车开发是一个综合与分析的互逆过程，在开发阶段初期，有充分的设计自由度，但有关设计的参数和数据则较少，我们关注的是产品的整体性能，例如：平顺性和操纵稳定性等。利用分析软件，我们能够在设计初期结合试验数据、客户意见反馈设定好整车设计性能指标（设计目标），在详细结构设计阶段，根据整车性能指标，逐级分解到车身、底盘等各个子系统及零部件上，最终体现在结构的各个设计参数上。

车架有限元模型

现以某车型为例。纵梁使用双层梁，各横梁及其连接板见图1。现车架设计有三种方案形式：

原方案：比较原模型，纵梁增加一副梁。因轴距加长，在第四和第五横梁中间及尾横梁之前各增加了一根横梁。

方案二：在原方案的基础上，将第四和第五横梁结构由槽形改为鸭嘴形。

方案三：在原方案的基础上，去掉副梁，同时把纵梁厚度改变。

鉴于此，对该车架进行CAE分析，理论上整体把握该系列车型车架的模态、强度和刚度，为车架的改进设计提供依据。

本次分析采用NX软件作为前后处理及求解器工具。

车架所受的位移约束来自前后钢板弹簧在板簧座及副簧座位置的垂向弹性约束，前后桥作为板簧的支撑，不考虑其本身的强度。为使车架模型不发生整体刚性位移，在前后桥上施加了位移约束。据《汽车工程手册》第二分册强度计算准则的规定，使右前轮向上位移，即使车架产生扭转。

弯曲工况分析

计算结果中所述应力均为根据第四强度理论得出的Von-Mises应力。本文中仅就弯曲工况下进行分析选择。三种类型车架应力云图如下列图２～６所示：

图2   弯曲工况车架应力云图

图3   弯曲工况车架纵梁应力云图

图4   弯曲工况车架纵梁局部位置应力云图

图5   弯曲工况车架第一横梁应力云图

图6  弯曲工况车架第三横梁应力云图

 由图２和图４可以发现，弯曲工况下各方案车架的应力分布相似，最大应力位置在纵梁的副簧后固定端处。

通过以上各图可以发现，在弯曲工况下三种方案车架的横梁应力分布相似。通过以上对三种方案车架的计算分析，可以得出以下结论：

1.从应力角度来看，三种方案车架在弯曲工况下的应力分布状况相似。其中纵梁相比较：车架在弯曲工况下最大应力出现区域基本一致，位于副簧后固定端处。各横梁相比较：车架在弯曲下各相对应横梁的应力状态接近，最大应力出现区域也基本一致。因此从强度角度考虑，三方案可以满足强度要求。

2.从车架的模态和刚度角度来看，原方案、方案二的弯曲刚度略优；方案二车架的扭转刚度要高于原方案。

3.从整车减重和经济性考虑，方案三较前两方案有显著降低。

从以上三点综合考虑车架的刚度、强度、模态和经济性，方案三最优。

结论

现代车身用骨架构件构成车体的主体，十分强调承载结构的合理性，不论受静力还是受变化的力，车体本身各部分都要和谐地变形。利用模态分析，可以帮助设计工程师确定车身薄弱环节，在最少的设计循环下，找到合理的改进措施。

利用Siemens PLM Software的NX软件，可以模拟焊点联接，它提供通用的两种模拟方法CWELD和ACM2，并且焊点的生成与网格无关，能够轻松地实现设计更改而不必重新做焊点。其有限元模型的装配管理模式，可以方便地实现三维CAD数据和CAE有限元模型的关联。当三维模型几何及定位发生改变时，只要点取有限元装配更新，不必从头再做，提高了工作效率。通过利用NX Nastran进行分析，可以在设计阶段提前发现构件的薄弱环节，快速实现各个设计之间的对比，减少设计开发的盲目性。

采用NX一体化的CAD/CAE，可以在样品、样车之前，快速模拟零部件甚至整车的性能和工作状况，避免传统上的设计－分析/试制－测试－改进设计－再分析/试制的重复过程，减少了时间上的浪费、缩短了开发周期，减少了人力、物力和财力上的消耗，减低了开发费用。