毕业设计-车门CATIA建模及有限元分析.docx
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1、本科毕业设计微型车中门内板设计陶冶燕 山 大 学2010 年 6 月本科毕业设计微型车中门内板设计学院(系): 车辆与能源学院 专 学生 学 指导答辩业: 姓名: 号: 教师:日期:车辆工程陶 冶060105020025梁 晨2010.6.24学 号业 级专 班题 目主 要 内 容基 本 要 求 参 考 资 料应 完 成 的 内 容燕山大学毕业设计任务书学院:车辆与能源学院 系级教学单位:车辆与交通系060105020025学生姓名陶冶06 车辆 2 班题目名称 微型车中门内板设计题目性质题目类型题目来源1.理工类:工程设计 ( );工程技术实验研究型( );理论研究型( ) ;计算机软件型(
2、 ) ;综合型( )2.管理类( ); 3.外语类( ); 4.艺术类( )1.毕业设计( ) 2.论文( )科研课题( ) 生产实际( ) 自选题目 ( )1. 中门内板及加强板 3D 建模;2. 中门有限元建模,刚度分析;3.设计内板与加强板装焊工艺。中门内板及加强板 3D 建模;中门有限元建模及刚度分析;分析装焊工艺1. 汽车工程手册.北京:人民交通出版社,20012. 刘惟信主编.汽车设计.北京:清华大学出版社,20013. 吴亚良主编.现代轿车车身设计.上海:上海科学技术出版社,19994. 郭竹亭主编.汽车车身设计.吉林:吉林科学技术出版社,19925. 车身制造工艺学6. 冲压工
3、艺手册周 次第 14 周 第 58 周中门有限元建模;刚度分析调查研究,收集资料,翻译外文资料,撰写开题报告;内板 3D 建模指导教师:梁晨职称: 年 月 日第 910 周装焊工艺分析第 1415 周 撰写论文第 16 周 准备答辩系级教学单位审批:年 月 日摘要摘要性能上,车门质量影响车辆侧撞安全性、风噪声、防水性、车门启闭轻 便性以及车辆外观等性能, 车门设计质量直接影响到整车性能; 结构上, 车 门是由具有复杂空间曲面形状的内板、外板以及起局部加强作用的加强板通 过冲压和点焊组合而成的空间薄壁板壳结构。车门设计是整个车身设计中结 构复杂但又相对独立的一个环节。本文在学习和分析车门设计中的
4、设计规则和经验知识的基础上,在 CATIA 中建立了车门内板及内腰加强板的三维模型;并运用有限元分析软 件 HyperWorks 对车门进行了扭转工况和挤压工况下的刚度分析,分析结果 车门的扭转刚度和挤压刚度均符合公司要求; 从焊点布置、 焊接接头形式的 选择、装焊夹具的选择和装焊质量控制等方面分析了车门的装焊工艺。关键词 车门; 建模;有限元分析;装焊工艺I燕山大学本科生毕业设计(论文)AbstractThe quality of the door affects vehicle side impact safety、 wind noise 、 protection against ingr
5、ess of water 、 the resistance during the whole process of door opening and closing、 the appearance of the car directly. The design quality of the door affects the whole performance of a car directly. The door is manufactured by stamping and spot welding. It is a plate and shell structure constituted
6、 of an inner door panel, an outer door panel and many reinforcement plates which can strengthen the door in local. Door design is a complex and relatively independent part in body design processUse CATIA to get the models of the inner door panel and a reinforcement plate, based on the study of the d
7、esign rules and experience knowledge of the door design. Then the stiffness analysis of torsional case and extrusional case is carried out using OptiStruct. Torsional stiffness and extrusional stiffness of the door both can meet the requirement of the company. The assembly welding technology is anal
8、yzed from welding spots arrangement, type of welding joint, assembly welding clamp and welding quality control.Keywords Door; Modeling; FEM; Assembly welding technologyII目 录摘要 IAbstract II第 1 章 绪论 11.1 课题背景 11.2 课题研究意义 11.3 本文研究内容 2第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模 32.1 建模软件简介 32.1.1 创成式外形设计模块功能简介 42.1.2 钣金件设计模块
9、功能简介 42.1.3 零部件设计模块功能简介 42.2 三维参数化建模 42.2.1 三维参数化建模的特点 52.2.2 三维参数化建模的实现方法 52.3 全局观在基本建模中的技巧体现 72.3.1 全局建模中特征树的规范化 72.3.2 全局中材料去除/添加特征的顺序 82.3.3 全局中倒角等特征的放置顺序 82.3.4 全局中轴建模方法的选择 82.4 外形修正及分析 82.4.1 斑马线分析 92.4.2 光照分析 92.4.3 对称检查 92.5 中门内板及加强版三维建模的步骤与方法 102.5.1 中门内板建模 102.5.2 内腰加强板建模 172.6 本章小结 17第 3
10、章 中门有限元建模及刚度分析 18III3.1 有限元分析方法介绍 183.2 软件介绍 183.3 具体分析过程 193.3.1 车门基本参数 193.3.2 有限元模型的创建 213.3.3 刚度分析结果 283.4 本章小结 30第 4 章 装配与焊接工艺分析 314.1 焊接结构公艺性 314.1.1 结构材料的选择 314.1.2 焊接接头的形式 314.1.3 焊接接头的厚度 324.1.4 焊点的布置 324.1.5 结构的开敞性 324.1.6 结构的分解装配 334.1.7 互换性的难易程度和精度要求 334.2 车身装焊的结构特点 334.3 车身装焊方法及其选择 344.
11、3.1 电阻点焊原理及工艺 344.3.1 装配方案及原则的确定 384.3.2 装焊过程和装焊图表 384.3.3 装焊工艺规程的典型工序 384.3.4 车身的装焊工艺 384.4 车身装焊夹具 394.4.1 合件、分总成装焊夹具 394.4.2 车身总成装焊夹具 394.5 车身装焊的质量控制 404.6 中门内板及加强板的装焊工艺 404.6.1 中门内板与加强板的结构关系 404.6.2 焊接工艺参数的的选择 404.7 本章小节 41结论 42IV参考文献 43致谢 45附录 1 46附录 2 49附录 3 52附录 4 60V第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 课题背景现在
12、汽车正朝着低能耗、 低排放、 低成本方向发展。 车身作为汽车的四 大总成之一,涉及面广,且材料种类多。目前,制造业已经经历了以价格、 质量为主导因素的竞争时期, 研发速度逐渐成为当代企业赢得全球竞争的第 一要素。 时间因素被提到了首要位置, 产品的快速创新设计开发能力已经成 为决定企业兴衰的重要因素。 现代制造企业已充分应用成形仿真分析, 降低 新产品开发成本、提高制造精度、缩短设计周期。微型车车身组成零件繁多且结构复杂, 其工作载荷包括驱动、 制动、 转 弯等惯性力和各种路面反力及作用于不同位置的发动机总成载荷。车身刚度 不合理,将直接影响车身结构的可靠性、安全性,冲击、振动与噪声性能, 以
13、及燃油经济性等关键性指标。 其中, 车门刚度不足, 会引起车门边角处的 变形量过大,引起车门卡死,关闭力增大等。另外,汽车侧面是车体中强度较薄弱的部位, 一旦受到来自侧面的撞击, 没有足够空间发生结构变形以吸收碰撞能量。 汽车发生侧面撞击时, 撞击力 直接作用于车门,车门结构和强度将直接影响汽车 B 柱和车门本身的侵入 量、侵入速度和变形程度。这些因素将直接影响内部乘员安全情况。因此, 车门是发生侧面碰撞时保证乘员安全的关键部件。在车辆侧面碰撞法规中对 侧门强度也有着十分明确的要求。同时,车门还直接关系到乘员操作与上下车的方便性和空气动力特性 等。因此,车门的设计变得越来越重要。1.2 课题研
14、究意义车身设计在汽车设计中, 占有极其重要的位置。 在各大总成中, 除发动 机外,车身设计工作量最大,最复杂,周期最长。在新车型的开发和改型设 计中, 发动机和底盘各总成, 一般是采用现成总成加以改进, 而车身必须重 新设计。 因而可以说, 在汽车设计中车身设计工作量最大。 而且车身设计又 是决定车型开发成败的关键因素之一, 因此, 汽车制造公司都是非常重视车1燕山大学本科生毕业设计(论文)身设计, 不断扩大车身设计队伍, 增加资金投入, 充分应用先进的设计技术 与手段,改进车身设计方法。1.3 本文研究内容本文首先利用三维造型软件中的逆向模块构造出中门内板最终的几何 三维模型。 其次选择适当
15、的网格单元对几何模型进行离散化, 以获得有限元 网格模型;以合理的方式获得仿真分析中准确的材料参数、摩擦润滑参数、 工艺条件和各种约束条件等, 建立一个可直接用于仿真计算的完整有限元模 型, 并对其进行刚度分析。 最后对内板与加强板进行装配, 绘制装配工程图, 并进行装焊工艺分析。2第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模2.1 建模软件简介建模是计算机辅助造型设计的前期阶段, 也是整个造型过程的重点。 从 产品造型构思到建模思想的形成到用计算机软件实现产品的造型是一个连 贯而又非常重要的过程, 造型软件是计算机辅助产品造型设计的核心, 也是 造型师利用
16、计算机进行产品设计的最基本的要求, 重构曲面的品质客观上取 决于所选用的造型软件的功能, 因此,选用一种合适的建模软件就十分重要。CATIA 全名 Computer graphics Aided Three dimensional Interactive Application( 计 算 机 图 形 辅 助 三 维 交 互 式 应 用), 由 法 国 DASSAULT SYSTEMES(达索)公司开发,后 Dassault 被美国的 IBM 公司收购。该软件 是一套集成的应用软件包, 内容覆盖了产品设计的各个方面: 计算机辅助设 计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助制造(CA
17、M),它具有完 善的参数化设计环境, 非常强大的曲面造型功能、 先进的混合建模技术, 可 为用户提供从概念设计、 风格设计、 详细设计、 工程分析、 设备及系统工程、 制造及应用软件开发等面向过程的设计思想及解决方案。既提供了支持各种 类型的协同产品设计的必要功能,也可以进行无缝集成完全支持“端到端” 的企业流程解决方案。作为 PLM 协同解决方案的一个重要组成部分,它可以帮助制造厂商设 计他们未来的产品,并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装 到维护在内的全部工业设计流程。在机械、航空、汽车、造船和电子等行业 获得了广泛应用,国内飞机及汽车行业中很多企业都在使用 CATIA 软件
18、V5 版本。CATIA V5 具有卓越的知识智能、机械产品设计、有限元分析、 NC 编 程、数字化虚拟样机等强大的功能模块,为许多用户所青睐。 CATIA V5的 知识智能模块较好地解决了长期困扰各行业的知识重用和保留的重要问题。 它通过可视化的特征树及各种可视工具,使得三维参数化建模更加简单易 学。目前通用的 CAD/CAM 软件大多数具有参数化建模的功能,但是有些 需要通过与软件的接口编程来实现, 要求开发人员具有较高的编程水平; 有3燕山大学本科生毕业设计(论文)些则不能进行可视化的操作,需要设计人员熟练掌握软件的有关命令和操 作。 CATIA V5的可视化工具能使设计人员在可视化的环境
19、下,高速高效地 完成三维建模工作。CATIA 不仅强大而且功能性强,能够覆盖全部产品开发流程。 CATIA 以一体化的方式支持产品工程设计, 从初始规范直至产品的运行。 它利于产 品设计知识的重用,缩短开发周期,提高企业回应市场需求的反应速度。本造型工作主要用到了 CATIA V5 软件包的创程式外形设计模块 (GSD Generative Shape Design),钣金件设计模块(SD. Sheelmetal Design) 和零部件设计(PD. Part Design)模块。2.1.1 创成式外形设计模块功能简介创成式外形设计是非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具, 除了可以完成
20、所以曲线操作以外,可以完成拉伸,旋转,扫描,边界填补, 桥接, 修补碎片, 拼接, 凸点, 裁剪, 光顺,投影和高级投影, 倒角等功能, 连续性最高达到 G2,生成封闭片体 Volume,完全达到普通三维 CAD 软件 曲面造型功能,比如 Pro/E。完全参数化操作, 用户控制包括位置公差, 曲面细分行修改程度等一些 关键性的“承前启后”参数。它可根据基础线架与多个曲面特征组合, 设计满足要求的复杂的车身表 面。2.1.2 钣金件设计模块功能简介CATIA 钣金件设计模块式设计和制造工程师可以定义,管理并分析基 于实体的钣金件。 采用工艺和参数化属性, 设计师可以对几何元素增加材料 属性这样的
21、职能,以获取设计意图并对后续应用提供必要的信息。2.1.3 零部件设计模块功能简介零部件设计模块是机械设计模组下的一个模块,用于设计零部件。2.2 三维参数化建模汽车车身是由复杂的轮廓不规则的三维曲面构成, 车身造型是车型开发4第 2 章 中门内板及加强板 3D 建模系统工程中最为基础的一个环节。当代汽车车身造型的显著特点之一就是利 用计算机辅助几何设计, 在计算机中建立三维汽车车身的模型。 汽车造型设 计虽然是车身设计的最初步骤, 是整车设计最初阶段的一项综合构思, 但却 是决定产品命运的关键,它是车身 CAD/CAM 设计方法的一个主要工作, 是为车身的有限元分析、 工艺设计及模具制造提供
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