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汽車(chē)的車(chē)身作為汽車(chē)的四大總成之一，具有非常重要的作用，首先是在它的外觀上，外觀漂亮的汽車(chē)在市場(chǎng)上總是更受歡迎，所以各大汽車(chē)生產(chǎn)商總是在車(chē)身造塑上做了很大努力。逆向工程是全新的制造技術(shù)信息化、科學(xué)化的系統(tǒng)工程，它開(kāi)辟了制造零件和模具的新途徑。正是由于逆向技術(shù)的發(fā)展使得復(fù)雜的車(chē)身設(shè)計(jì)變得相對(duì)簡(jiǎn)單。其次，身車(chē)的作用是利用其空腔來(lái)承載乘員和盛放貨物的，它必須要有足夠的強(qiáng)度來(lái)保護(hù)乘員和貨物的安全，車(chē)身強(qiáng)度也是車(chē)身綜合性能的一個(gè)重要體現(xiàn)。車(chē)身性能的好壞直接影響到整車(chē)的疲勞壽命、碰撞、NVH等諸多方面的性能，因此在設(shè)計(jì)汽車(chē)時(shí)必須對(duì)車(chē)身進(jìn)行強(qiáng)度分析。
1.車(chē)身的逆向造型
1.1.數(shù)據(jù)的采集
數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)處理、模塑重建的基礎(chǔ)。沒(méi)有高精度的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和設(shè)備就不會(huì)逆向出高水平的模塑。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的測(cè)量方式主要有接觸式和非接觸式兩種。非接觸式測(cè)量速度快、精度高，獲得的密集點(diǎn)云信息量大，從最大限度上反映被測(cè)表面的真實(shí)形狀。因此本研究采用德國(guó)進(jìn)口非接觸式結(jié)構(gòu)光光柵掃描設(shè)備進(jìn)行掃描，在測(cè)量過(guò)程中，由于車(chē)身過(guò)于龐大測(cè)量不能一次完成，需要多次測(cè)量。在局部測(cè)量完成后利用車(chē)身上面的相鄰的3個(gè)mark點(diǎn)將坐標(biāo)重新對(duì)齊，這樣就可以得到整個(gè)車(chē)身的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
1.2.數(shù)據(jù)預(yù)處理
在結(jié)構(gòu)光柵測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行車(chē)身掃描過(guò)程中，受采樣的方式、設(shè)備、環(huán)境及外界干擾等因素的限制，測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)不可避免地產(chǎn)生了誤差很大噪聲點(diǎn)和跳點(diǎn)，也會(huì)存在測(cè)量障礙區(qū)，因而要對(duì)采集到的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要有誤差點(diǎn)去除和降噪等。最后通過(guò)數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)把過(guò)于龐大的數(shù)據(jù)點(diǎn)適當(dāng)稀薄化。數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)后白車(chē)身點(diǎn)云如圖所示。
1.3.點(diǎn)云的網(wǎng)格處理
為了更好的辨別點(diǎn)云的各個(gè)特征，方便重建模塑，需要將處理好的車(chē)身點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格化。網(wǎng)格化可以使點(diǎn)云看起來(lái)比較像實(shí)體，其質(zhì)量的好壞直接影響到下一步的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊，而對(duì)最終生成的曲面也有一定的影響。其過(guò)程是在CATIAVS軟件中用Insert-Mesh-Mesh Creation進(jìn)行網(wǎng)格化。對(duì)于在網(wǎng)格面上局部出現(xiàn)的破洞，可以利用補(bǔ)洞工具對(duì)局部的破洞進(jìn)行修補(bǔ)。處理完畢的車(chē)身網(wǎng)格化點(diǎn)云如圖所示。
1.4.構(gòu)造CAD模型
構(gòu)造CAD模塑是后續(xù)產(chǎn)品工程分析、加工制造的基礎(chǔ)。所以構(gòu)造CAD模塑是逆向設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在點(diǎn)云網(wǎng)格化的基礎(chǔ)上，在CATIA軟件中進(jìn)行CAD模塑的構(gòu)建。一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)車(chē)身的結(jié)構(gòu)都是左右對(duì)稱(chēng)的，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以單側(cè)設(shè)計(jì)零件，然后通過(guò)鏡像來(lái)獲得另一側(cè)的零件，這樣可以既節(jié)省時(shí)間，又得到了完全對(duì)稱(chēng)的零件。在左右不對(duì)稱(chēng)的情況下才進(jìn)行雙側(cè)零件的設(shè)計(jì)。當(dāng)然逆向設(shè)計(jì)不是對(duì)原來(lái)車(chē)塑的完全模仿，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)改進(jìn)原來(lái)設(shè)計(jì)不合理的部分。最終逆向出來(lái)的白車(chē)身CAD模塑如圖所示。
2.車(chē)身有限元分析
2.1.模型的建立
在獲得汽車(chē)車(chē)身CAD模塑的基礎(chǔ)上，通過(guò)HyperMesh軟件對(duì)白車(chē)身進(jìn)行結(jié)構(gòu)的離散網(wǎng)格劃分。在白車(chē)身劃分過(guò)程中所有網(wǎng)格均采用板殼單元(shell)進(jìn)行劃分。白車(chē)身的焊接工藝主要有點(diǎn)焊和二氧化碳保護(hù)焊等。點(diǎn)焊是白車(chē)身裝配時(shí)最重要的焊接方式，考慮到傳遞力的特性，對(duì)點(diǎn)焊采用CWELD單元進(jìn)行點(diǎn)焊的模擬。二氧化碳保護(hù)焊采用RBE2單元進(jìn)行模擬，粘膠采用六面體單元模擬。
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