摘 要

改革开放之后，我国经济发展迅速，汽车行业的发展也很迅猛，当今社会大多数家庭都拥有汽车。自从进入21世纪以来，汽车工业得到了快速的发展，家用汽车越来越普及，汽车的销量越来越好，汽车这个行业也越来越火热。人在汽车里面的时候，最关注的还是安全性，和舒适性，对于这方面，车门的设计至关重要。车门是汽车上的重要部件，无论是在行驶过程中，还是停车的时候，汽车车门都不可缺少，汽车车门的振动特性的研究亟待发展。传统的等厚度且均质的车门已满足不了市场的需求。根据不同功能要求进行定制的差厚形式车门结构有着巨大的应用潜能，本课题从计算机仿真分析入手，拟将分析差厚形式车门结构的振动特性等科学问题，最大限度分析出不同参数对差厚形式车门结构的振动性能的影响并得出一般性结论。

本文研究目标如下：

主要通过CAD软件，CATIA V5软件对车门结构进行建模，简化车门结构，并利用CAE有限元软件HYPERMESH对车门结构进行几何模型清理与修补，接着进行网格划分，最后对其进行模态分析分析它的振动特性。通过改变焊缝位置、厚度比等变量研究差厚形式车门结构的振动性能，即对车门的固有频率和振型进行分析研究。

本文内容如下：

1. 描述国内外差厚形式车门研究现状与发展趋势，振动特性的研究内容，CAE技术的发展概述，有限元技术的分析方法，优化方法等等。
2. 研究不同焊缝位置对差厚形式车门振动特性的影响。在建立差厚形式车门有限元模型之后，对其赋予合适的材料属性等，保证其他变量一定的情况下，改变车门内板焊缝位置，分别研究差厚形式车门的模态性能，对这几个模态分析结果进行比较分析，得出结论。
3. 研究不同厚度比对差厚形式车门振动特性的影响。在建立差厚形式车门有限元模型之后，对其赋予合适的材料属性等，保证其他变量一定的情况下，改变车门内板的厚度比，分别研究差厚形式车门的模态性能，对这几个模态分析结果进行比较分析，得出结论。

关键词：车门;模态分析;振动特性;焊缝位置;厚度比;有限元分析

Abstract

After the reform and opening up, China's economy has been developing rapidly, and the development of the automobile industry is also very fast. Most families in today's society own cars. Since twenty-first Century, the automobile industry has been developing rapidly, the household cars are becoming more and more popular, the sales of cars are getting better and better, and the automobile industry is becoming more and more hot. When people are in the car, the most concern is safety and comfort. For this aspect, the door design is very important. The important parts of the car in the car, whether it is in the course of driving or parking, the car door is indispensable, and the research on the vibration characteristics of the car door needs to be developed urgently. Traditional equal thickness and homogeneous door can not meet the market demand. According to the different functional requirements, the custom differential thick form car door structure has great potential application potential. Starting with the computer simulation analysis, this topic will analyze the vibration characteristics of the differential thick form car door structure and so on, and analyze the influence of different parameters on the vibration performance of the differential thick form of the car door to the maximum limit and get the conclusion. General conclusions.

The objectives of this paper are as follows:

Through CAD software and CATIA V5 software, the door structure is modeled, the door structure is simplified, and the geometric model of the door structure is cleaned and repaired by CAE finite element software HYPERMESH, and then the grid is divided. Finally, the modal analysis is carried out to analyze its vibration specificity. By changing the location and thickness ratio of the weld, the vibration performance of the vehicle door structure with different thickness is studied, that is, the natural frequency and vibration mode of the door are analyzed.

The contents of this article are as follows:

(1) describe the current situation and development trend of the domestic and foreign differential thick car doors, the research content of the vibration characteristics, the overview of the development of CAE technology, the analysis method of the finite element technology, the optimization method and so on.

(2) study the influence of different weld location on the vibration characteristics of the door with differential thickness. After establishing the finite element model of the thick form car door, the modal properties of the door in the form of differential thickness are studied, and the results of the modal analysis are analyzed and the conclusion is obtained.

(3) study the influence of different thickness ratio on the vibration characteristics of the door with differential thickness. After establishing the finite element model of the car door with differential thickness, the modal properties of the door are studied by changing the thickness ratio of the plate in the door. The results of the modal analysis are analyzed and the conclusion is obtained.

Key Words：B-pillar;Tailor-welded blank ;Light-weight vehicles ;Side impact;MDB;Finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2汽车CAE技术 2

1.2.1 CAE概述 2

1.2.2 CAE的发展状况 4

1.2.3 CAE软件的求解过程 4

1.3国内外发展现状 5

1.3.1国内现状 5

1.3.2国外现状 6

1.4本论文研究的主要内容 6

第2章 有限元方法与OptiStruct设计方法 8

2.1引言 8

2.2有限元法相关介绍 8

2.2.1有限元法的基本思想 8

2.2.2有限元分析法基本步骤 9

2.2.3有限元方法优点 9

2.3 OptiStruct 概述 10

2.3.1 Optistruct简介 10

2.3.2 OptiStruct结构优化方法介绍 10

2.3.3 OptiStruct优化设计流程 11

2.4本章小结 12

第3章 基于HyperMesh的有限元模型建立 13

3.1 引言 13

3.2汽车车门有限元模型的建立 13

3.2.1基于PRO／E的三维模型的建立 14

3.2.2基于CATIA软件的曲面提取和模型简化 14

3.2.3几何模型清理与修补 15

3.3差厚形式车门网格划分 15

3.3.1转换车门数据格式 15

3.3.2基于Hypermesh的车门网格划分步骤 16

3.3.3网格划分标准 17

3.3.4确定车门部件连接关系 18

3.4车门的有限元模型 18

3.5 本章小结 19

第4章 车门数值模态分析 20

4.1模态分析理论 20

4.2 车门结构模态分析设置 21

4.2.1添加差厚形式车门模态分析边界条件 21

4.2.2设置差厚形式车门材料及属性 21

4.2.3设置模态范围及模态阶数 23

4.2.4 Optistruct模态分析 23

4.3 模态计算结果及分析 24

4.3.1不同焊缝位置对差厚形式车门结构振动性能的影响 24

4.3.2不同厚度比对差厚形式车门结构振动性能的影响； 33

4.4本章小结 46

第5章 全文总结与展望 47

5.1 结论 47

5.2 展望 47

参考文献 49

致 谢 51

1. 绪论

1.1引言

社会在发展，人民生活水平越来越高，生活的圈子越来越大，随着人们经济水平的提高与享受主义意识的增强。越来越多人也加入了有车一族，汽车在人们生活中起着举足轻重的作用，不仅给我们的生活带来了极大的方便，也节省了我们宝贵的时间。在这个时代，汽车不仅仅是人们的交通工具，甚至于成为了人们工作和学习的重要场所，所以车身的安全性、舒适性、美观性包括汽车操纵稳定性、动力性、经济性等汽车车身的性能越来越被人们重视，这些性能很大一部分与车身的结构有关。

车门在整车中是十分重要的构件，它的结构也影响着汽车的安全性、舒适性。并且，在整车生产过程中，轿车车门的质量好坏在某一种程度上也能体现其他部件的质量好坏。其质量更是直接关系到车辆的安全性和舒适性，其性能直接影响车身结构的性能。车门的加工十分的复杂，包括冲压，焊接，装配等工艺，同样的，车门的使用过程也十分重要，影响着人们的安全舒适，因此，在设计过程中，车门需要有很好的密封性能，能防止灰尘等进入车内，下雨时也要防水，同时高速行驶时能够隔绝由于速度过快压强不同产生的噪音。除此之外，如果车门的质量不好的话，时间久了可能会产生打不开或者关不上的时刻，由于密封性的不好可能导致行驶过程中整车振动大，噪声大，汽车其他地方的零部件也可能受到影响降低其使用性能。

车门作为车身上面重要组成部分的覆盖件，在我们的平常生活中，应该要做到这些[1]：

1. 车门需要具有必要的开度，最大开度应足以保证人与货物进出口的方便，二级开度可实现限位功能；当进出人和货物的时候，车门应该能够在最大开度的时候静止不动，便于人和货物的进出；车门转动时应该灵活，并且要有限位功能。
2. 车门应具有较强的锁止功能，保证汽车使用过程的安全性。无论在形式还是停车状况下，不需要开车门的时候，车门不能自动打开。
3. 开关方便，玻璃容易升降，利用汽车电子升降玻璃。
4. 密封性好。能防止灰尘等进入车内，下雨时也要防水，同时高速行驶时能够隔绝由于速度过快压强不同产生的噪音进入乘员舱。
5. 要有一定的刚度和强度要求，为满足实际工作条件下的刚度和强度要求，汽车车门不能容易变形下沉，以免影响车门的开关和密封。
6. 车门的制造水平要良好，这样才能容易进行冲压工序和容易安装配件。
7. 外型与整车协调，保证车身造型的美观性。
8. 行车时尽量减小振动噪声，达到减震的目的。
9. 如果产生侧面碰撞或者滚动事故等意外事故时，车门不仅不能伤害人员，还要起到一个结构支撑的作用，减少碰撞过程中对人员的伤害，以保护汽车上人员的安全，不能自己启动。

因而可知，汽车车门结构的设计不仅对车身有很大影响，而且对整车也影响很大。车门的性能会影响整车的安全性、舒适性、美观性等诸多方面，车门上的部件有其标准或规定。车门作为它们的载体对整车性能的影响将是很大的。汽车车门的振动特性的研究亟待发展。传统的等厚度且均质的车门已满足不了市场的需求。根据不同功能要求进行定制的差厚形式车门结构有着巨大的应用潜能，本课题从计算机仿真分析入手，拟将分析差厚形式车门结构的振动特性等科学问题，最大限度分析出不同参数对差厚形式车门结构的振动性能的影响并得出一般性结论。有限元方法让车门在投产前进行类似的分析，不需要通过具体现实中的实验比较，就可以初步的对汽车车门的性能进行分析，这为降低成本，缩减开发时间，节约能源带来了很多的益处。