FEMFAT 在工程项目中的应用
白车身有限元及疲劳分析
Engineering Center Steyr GmbH&Co KG (ECS)
斯太尔工程技术中心
目标:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例
内容:
1. BIW疲劳分析流程
2. 运用FEMFAT进行BIW疲劳分析的项目举例

路谱采集
·路谱的采集是分析的第一步,它的目的是采集路况信息。通常情况下路谱 都是在特定的多个路况条件下采集的。
·因测量的目的不同所要采用的传感器类型也不同,常用的有位移传感器、
应变片、加速度传感器和六分力仪等。ECS通过多年的实践开发出了采用加 速度传感器的方法,可测量XYZ三个方向的加速度,结合虚拟迭代的方法可 以达到采集方便,数据准确和价格便宜等优点。

路谱数据处理
·在采集到路谱数据后需要对路谱数据进行处理。
·应用ECS开发的FEMFAT LAB 可完成对数据在时间域和频率域进行数据 的分割、重组、过滤、裁减、分类和格式转化等任务。它下设:LAB
Standard、Virtual Iteration、Time、Frequency、 Class、Fatigue 和 Tools 子模块,是功能强大的数据处理软件包。

MBS模型
· 应用MBS "Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上,得到准确的BIW上接口点的载荷谱。
·ECS运用ADAMS建立MBS模型,并运用多年的经验调整各关键部件的参 数,使计算更加精确。

虚拟迭代( VI)- Virtuelle Iteration
·ECS 开发出的FEMFAT LAB VI„Virtuelle Iteration“ 是经过多年的摸索,借鉴台架试验中的”物理迭代“编写 的软件方法。经过近10年的实践目前处于业界的最前沿 水平,目前已有多家汽车公司对这套软件进行了采购。
·VI的作用是通过内部所测量的值(加速度、位移、力 等)来确定外部的激励源(轮心的位移等)。
·VI的应用步骤和试验台架的物理迭代步骤是一致的。
·此方法可应用于所有模拟软件(ADAMS,SIMPACK, RECURDYN,…)
·此方法自动兼容ADAMS和SIMPACK

接口点载荷谱
· 应用MBS "Multi Body Simulation“和虚拟迭代的方法可以将测量的路谱 信息准确的反馈到BIW上 ,得到准确的BIW上接口点的载荷谱。每个接口点 有6个自由度,即每个接口点得到的3个方向力和3个方向扭矩载荷谱,如果 白车身有24个接口点就是144 个载荷谱通道。
·ECS 应用载荷谱通道作为FEMFAT MAX的载荷输入数据,以计算BIW多 轴向受力情况下的疲劳损伤值和寿命。

FE模型
·在收集了所需的数据后就可以在3D模型的基础上建立FE有限元模型了。 ECS应用ANSA和IDEAS 建立FE 模型,定义边界条件和施加载荷。
·ECS 运用Nastran 的Inertia Relief进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷。单位应力是指比如:力Fx=1N, 扭矩Mx=1Nmm 等。如果有 24个接口点,就计算24x6 个自由度=144个工况,与之对应的是来自MBS 的144 个通道载荷谱。
·ECS运用Nastran的S103计算模态响应,并为MBS模型做准备。
· ECS 有一套完整的针对焊点和焊缝的模型建立体系,以便于后续的疲劳分 析计算使用。

模态分析
·模态响应计算是为了研究BIW在特定的频率下全局和某些关键部件是否产 生共振现象。
·ECS运用Nastran的S103计算模态相应。

接口点单位载荷
·ECS 运用Nastran的Inertia Relief 进行S101计算各接口点的6个自由度的 单位载荷,以得到BIW的单位应力。单位载荷是指比如Fx=1N,Mx=1
Nmm 等。如果有24个受力点,则需计算24 x6 个自由度=144次单位载荷 计算,与之相对应的是来自MBS的144个载荷谱通道。

FEMFAT疲劳计算
·ECS 应用FEMFAT MAX来计算BIW的多轴向疲劳损伤值,损伤值的倒 数就是寿命值。我们可以增加行驶路程,比如道路谱采集只有5公里,
而我们的实际耐久要求是20万公里,那么在软件中乘以一个20万/5=4 万的系数就可以了。所得到的结果可以证明此BIW是否能经受的住20万 公里的坏路行驶。
·在疲劳损伤值计算前,需要输入FE 模型的节点和单元、材料信息S-N 曲线、各通道的载荷谱和相应的单位应力值、影响参数等信息。
·FEMFAT Visulizer的是一个后处理模块,可以直接察看计算结果。

台架试验
·如果条件允许的话可以运用采集的路谱进行台架试验。并与计算结果进行 对比。ECS积累了长达30年的汽车研发经验,实践告诉我们采用此疲劳分析 流程,并结合FEMFAT软件进行疲劳计算,其可靠性完全与试验相吻合。

项 目 介 绍
日本某客户SUV
·此项目采用路谱方法对白车身和底盘大梁架的基础材料、焊缝和焊点进行 疲劳损伤值计算。

奥迪某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计算 。

Nissan某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤值计 算。

Mitsubishi某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损 伤值计算。

Daihatsu 某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。

Daihatsu 某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。

BMW某型轿车
·此项目采用路谱方法对白车身的基础材料、焊缝和焊点进行疲劳损伤 值计算。因为项目成功完成并且此车型的销量非常的好,为了纪念这 次合作,BMW公司将第一辆生产的车型一分为二,一半留在了ECS,另外的一半存放在BMW在慕尼黑的博物馆里。

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