包国建 黄茁 瞿元 王国锋

奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009

　　摘 要：本文根据白车身刚度分析中的实际情况，结合HyperWorks流程自动化技术，对白车身刚度分析数据处理过程进行了二次开发。实际运用表明，流程自动化技术能使结果有更好的规范性，同时还能大大提升工作效率。

　　关键词：白车身，HyperWorks，数据处理，二次开发

　　1 概述

　　随着CAE技术在各行业广泛深入的运用，Altair公司的HyperWorks软件在很多企业也得到了很好的应用，在日常工作中，往往存在较多相似、繁琐及重复的操作，同时企业在很多分析中对数据处理的快捷性、规范性提出了要求。而HyperWorks软件提供了良好的二次开发接口功能，运用解释执行脚本语言TCL(Tool Command Language)进行二次开发就能替代人工高效地完成很多工作。TCL语言不用编译就可以调用TCL解释器执行，大大减少开发测试时间，并且TCL是一种移植性好的编程语言，它几乎在所有计算机平台上都可以解释运行。现在TCL已经成为CAE分析工程师重要的工具语言 。

　　目前很多轿车车身都采用全承载式车身结构。全承载式车身几乎承载了轿车使用过程中的各种载荷。在这些载荷的作用下，轿车车身的刚度特性具有举足轻重的作用。轿车车身刚度的优劣直接影响到轿车使用性能的正常发挥，车身刚度不合理，将直接影响轿车的可靠性、安全性、动力响应特性、NVH性能及燃油经济性等关键性能指标 。因此，在新车型开发阶段，尤其是预研阶段，就需要做好指标控制。在整个设计环节，需要对其进行多轮分析，且分析工况的加载比较简单，但分析之后的数据处理比较繁琐，大量的数据处理工作也将耗费工程师不少精力和时间。本文利用TCL及EXCELVBA语言进行相应的二次开发，用程序实现重复工作，提高效率并减少由于人工操作出现的失误。

　　2 实例介绍

　　白车身的静刚度一般包括弯曲刚度和扭转刚度。白车身的弯曲刚度可由车身的最大垂直挠度来衡量，白车身扭转刚度由车身轴间相对扭转角来衡量。

　　2.1 分析方法介绍

　　扭转刚度计算的边界条件的施加方式一般为约束车身后悬架支撑处 x，y，z三方向的平动自由度。考虑到与现有实验条件和实验方法相一致，在车身前部水箱支架下横梁中部增设z向平动自由度约束。扭转载荷是通过在前悬架的左右减震器座上施加大小相等、方向相反的Z向集中力形成。

　　弯曲刚度计算的边界条件的施加方式一般为约束车身后悬架支撑处 x，y，z三个方向的平动自由度，和前悬架的左右减震器座的y，z两个方向的平动自由度。在左右门槛对称位置处施加Z向集中力，集中力的大小一般是根据实验条件和实验设备情况来确定的。由于刚度的仿真计算模型属于线性系统，因此施加的载荷大小理论上对刚度值是没有影响的 。

　　2.2刚度结果处理简介

　　CAE刚度分析和试验方法评价的是车身整体刚度，计算扭转刚度时需要去除约束点处由集中力加载产生的局部变形对整体刚度的影响，及计算弯曲刚度时需要去除刚体位移对结果的影响。因此在计算白车身扭转和弯曲刚度时需要对扭转角和弯曲变形结果进行处理，消除上述两种不良影响，才能获得体现白车身整体抗变形能力的真正的刚度值。

　　用轿车车身平均扭转刚度来评价车身的扭转刚度 。

　　即：整体扭转刚度的计算公式为
                                
　　    (1)

　　式中，

　　 ——车身整体扭转刚度（Nm/Deg）；

　　T ——加载的扭矩(Nm)；
 
　　——白车身前后轴间相对扭转角(Deg)。

　　需通过插值消除约束点和加载点处局部变形影响，得到加载和约束点的扭转角。具体方式为：对承载式车身和车架取纵梁上在约束点（或加载点）前面和后面的取值点进行插值来得到约束点（或加载点）扭转角。

　　整体弯曲刚度计算公式为：
                               
　　       (2)

　　式中：

　　 ——整体弯曲刚度（N/mm）；

　　P——加载的弯曲载荷（N）；

　　 ——调整后的纵梁位移序列中最大的位移点的变形值（mm）。

　　与扭转刚度类似需要对纵梁上约束点附近点进行插值处理，并对所有测量点再进行去除约束点变形的处理，从而消除其对整体刚度的影响。

　　这一系列的取点插值计算将带来大量的工作量。

　　2.3数据处理程序介绍

　　程序的目的是对计算结果自动处理解决白车身刚度数据处理的繁琐性问题。输入为：计算结果文件，前处理中定义的节点，约束点和加载点节点ID，加载力的数值；输出为：白车身扭转和弯曲刚度值及相应的曲线。

　　1）程序结构简介

　　在前处理（HyperMesh）中做好需要输出的节点标记，然后在后处理（HyperView）中提取相应的节点信息并保存在对应的文件中，最后将提取出的信息读入定制好的Excel表中完成结果计算。本数据处理的流程如图1所示：

图1：总体开发流程

　　2）前处理数据准备

　　数据处理需要用的节点在前处理中结合相应的程序进行选取。如此选出来的点位置比较固定，Set名也固定，便于后续处理的自动化实现。

　　在前处理中进行计算点取点可分为：

　　a：约束/加载点自动选点；

　　b：纵梁曲线取点；

　　c：插值点计算点自动选点；

　　程序界面如图2所示：

　图2：取点程序界面

　　点击界面相应的按钮就可以按照提示完成相应的节点选取，选取过程状态如图3所示：选取完后结果状态如图4所示：

图3：选取过程状态

　　图4：选取结果状态

　　3）在HyperView提取OP2结果文件中的信息

　　在HyperView中将做好节点标记的bdf文件及对应的结果文件导入HyperView中，如图5所示：模型导入后点击添加的菜单Hv Post Tool//Body Post 运行提取节点信息的程序，如图6所示：此时提取出的节点信息将保存在相应的文件中，如图7所示：
 

图5：需要导入的文件

　　如图7：提取出的信息文件

　　4)计算刚度并绘制相应的曲线

　　标记好的节点信息提取出来之后，将其读入定制好的Excel工作簿中。根据所提取的节点信息，点击相应的按钮就能完成数据处理。数据处理界面如图8所示，数据处理结果如图9所示，得到曲线如果10所示：

如图8：Excel表数据处理界面

　　如图10：数据处理曲线

　　3 运用效果介绍

　　根据白车身刚度分析中存在的实际情况进行数据处理。对一个全新分析分别用程序和人工进行了数据处理，并记录下处理过程的结果和所花费时间，如表1所示：

表1：数据处理情况对比

　　由表1中的数据可知程序处理和人工处理得到的结果有少许差别，原因为选取的节点不一样。所以利用人工处理时得到的结果一致性有差别，不同的人处理的结果将有一些差别。利用程序处理后，由于选点固定得到的结果一致性较好，这样在改进方案中尤其能得到体现。

　　由表1还可以看出程序处理所花的时间为人工取点处理的八分之一，大大提高了效率，降低了工程师的劳动强度。

　　在车身结构设计优化后，对改进前与改进后数据处理情况进行对比，如表2所示：其中改进前的分析为表1中的分析结果，改进后的分析的选点情况与改进前的一致。

　　表2：数据处理情况对比

　　由表2可以看出，由于不用重新选点，改进后数据处理所花的时间仅为改进前的十分之一。若此时用人工处理，即使预先定义好这些节点，但由于需将节点信息提取并处理成满足Excel  的数据格式，这样也将耗费较多时间，所以利用程度处理的效率是大大的提高。

　　4结论与展望

　　HyperWorks软件有强大的二次开发功能，用户可以结合自己的工作特点，自主地进行不同的二次开发，从而更灵活的操作该软件。本文针对白车身刚度分析中繁琐的数据处理，进行了相应的二次开发。经过运用表明，二次开发可以使结果的规范性得到改善，同时能使数据处理的效率大大地提高。

　　5参考文献

　　[1] Altair HyperMesh Reference Guide

　　[2] John K. Ousterhout Ken Jones 著，张元章 译．Tcl/Tk入门经典(第二版).北京：清华大学出版社，2010

　　[3] Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集

　　[4] Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集

　　[5] 赵常虎，余海东，郭永进．影响轿车白车身扭转刚度的关键结构研究[J].机械设计.2007，24(8):66~70

　　[6] 张林涛，张代胜，仇彬．轿车白车身扭转刚度的有限元建模与实验分析[J].汽车科技2007,(8):33~37

　　[7] 奇瑞汽车股份有限公司内部资料，NVH14-奇瑞车身（车架）刚度分析和试验方法

Application of HyperWorks Automatization Technology in BIW Stiffness Analysis

Bao Guojian   Huang Zhuo   Qu Yuan   Wang Guofeng

　　Abstract：A post processing program is developed with HyperWorks Automatization technology for stiffness analysis of vehicle body in white case study shows that the automatization method enhances consistancy of analysis and significantly improves efficiency in data processing.

　　Key words：BIW，HyperWorks，Date processing，Secondary development