(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210690338.9 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 中国第一汽车股份有限公司 地址 130011 吉林省长 春市长春汽车经济 技术开发区新红旗大街1号 (72)发明人 于礼艳　于保君　马明辉　肖永富　 王月　李景潭　刘创举　 (74)专利代理 机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 专利代理师 张岩 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种车顶行李 架有限元仿真 分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种车顶行李架有限元仿真分 析方法， 包括基于三维几何数据建立白车身有限 元模型， 并对白车身焊点、 胶粘及焊缝按照实际 位置进行建模； 利用三维几何数据建立车顶行李 架有限元模型， 采用二阶实体进行网格划分， 包 括行李架本体、 螺栓、 固定座的建模； 截 取一部分 白车身， 并将车顶行李架安装在车身上； 确定车 顶行李架的分析工况， 并逐一进行设置求解计 算； 判断所有工况是否满足要求， 不满足要求的 情况下， 进行设计结构 优化， 重新计算。 本发明涵 盖了汽车在行驶过程中发生的各种工况下， 建立 强度模型并评价； 提高了仿真精度， 缩短了开发 周期； 可减少零部件试验出现问题， 规避重新开 模的风险， 减少成本， 避免车顶行李架在使用过 程中出现问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115221752 A 2022.10.21 CN 115221752 A 1.一种车顶行李 架有限元仿真 分析方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： A、 基于三维几何数据建立 白车身有限元模型， 并对白车身焊点、 胶粘及焊缝按照实际 位置进行建模； B、 利用三维几何数据建立车顶行李架有限元模型， 采用二阶实体进行网格划分， 包括 行李架本体、 螺 栓、 固定座的建模； C、 截取一部分白车身， 并将车顶行李 架安装在车身上； D、 确定车顶行李架的分析工况， 并逐一进行设置求解计算， 所述工况包括升力工况、 纵 向力工况、 20 °水平力工况及横向力强度仿真 分析工况； E、 判断所有工况是否满足要求， 不满足要求的情况下， 需要进行设计结构优化， 重新计 算。 2.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于， 步骤A， 具 体包括以下步骤： 基于三 维几何数据， 将白车身各零件采用中面网格SHELL  SECTION单元进 行网格划分， 建立各个零件之间的连接关系， 包括焊点、 焊缝、 减震胶、 结构胶的建立， 白车 身上的连接 螺栓可以用RIGID S刚性单元连接， 简化模型。 3.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于， 步骤B， 具 体包括以下步骤： B1、 建立车顶行李 架有限元模型， 包括车顶行李 架本体、 螺杆、 螺帽和固定座； B2、 车顶行李架采用C3D4四面体单元类型， 车顶行李架本体、 螺杆、 螺帽、 固定座 固网格 尺寸大小为2m m， 采用二阶单 元； B3、 在模型中施加螺栓预紧力， 在螺杆中利用接触面， 创建螺栓预紧力， 建立预紧截面， 赋予预紧截面及控制节点， 在控制节点上施加螺 栓预紧力； B4、 行李架本体采用试验测得的应力 ‑应变曲线非线性材 料。 4.根据权利要求3所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于， 步骤B2， 设置面与面接触等非线性分析， 行李架本体与螺帽之间、 行李架本体与固定座之间分别 设 置接触， 摩擦系数采用0.15 。 5.根据权利要求3所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于， 步骤B3， 预紧力的大小通过以下公式计算： 式中， FA为横向载荷， N； Fp为螺栓预紧力， N； Kf为可靠性系数， 取1.1～1.3； m为接合面 数； f为接合 面摩擦因数， 根据不同材 料而定。 钢对钢时， 为0.15左右。 6.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于： 步骤D， 所 述升力工况包括两种， 分别是在刚性杆的中间位置Y＝0处， Z向施加3000N或1500N的载荷， 进行有限元分析求解计算， 输出该工况下车顶行李架的应力 云图及位移云图， 行李架本体 最大应力小于使用材料的许用应力， 螺栓孔位置残余位移小于0.5 mm， 对不满足要求的薄弱 位置进行 结构优化。 7.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于： 步骤D， 所 述纵向力工况包括两种， 分别是在 汽车行驶方向F0位置施加1400N 或700N的载荷， 进行有限 元分析求解计算， 输出该工况下车顶行李架的应力 云图及位移云图， 要求行李架本体最大权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115221752 A 2应力小于使用材料的许用应力， 螺栓孔位置残余位移小于0.5 mm， 对不满足要求的薄弱位置 进行结构优化。 8.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于： 步骤D， 20°水平力工况为水平面内Fxy方向施加载荷， 力的大小为1400N， 进行有限元分析求解计 算， 输出该工况下车顶行李架的应力 云图及位移云图， 要求行李架本体最大应力小于使用 材料的许用应力， 螺栓孔位置残余位移小于0.5mm， 对不满足要求的薄弱位置进行结构优 化。 9.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于： 步骤D， 在 汽车车侧向Y方向F0位置施加载荷， 力的大小为1400N， 进行有限元分析求解计算， 输出该工 况下车顶行李架的应力云图及位移云图， 要求行李架本体最大应力小于使用材料的许用应 力， 螺栓孔位置残余 位移小于 0.5mm， 对不满足要求的薄弱位置进行 结构优化。 10.根据权利要求1所述的一种车顶行李架有限元仿真分析方法， 其特征在于： 步骤E， 所有分析工况采用隐式方法计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115221752 A 3